Energy dependent time delays in blazar light curves : a first look at the modeling of source-intrinsic effect in the MeV-TeV range and constraints on Lorentz Invariance Violation with H.E.S.S.

par Cédric Perennes

Thèse de doctorat en Physique de l'univers

Sous la direction de Julien Bolmont et de Hélène Sol.

Le président du jury était Gilles Henri.

Le jury était composé de Giovanni Amelino-Camelia, Arache Djannati-Ataï, Frédéric Piron.

Les rapporteurs étaient Frédéric Daigne, Michele Doro.

  • Titre traduit

    Décalages temporels dépendants de l’énergie dans les courbes de lumière des blazars : premier regard sur la modélisation des effets temporels intrinsèques aux sources au MeV-TeV et contraintes sur la violation de l’invariance de Lorentz


  • Résumé

    Des modèles spécifiques de gravitation quantique suggèrent l’existence d’une Violation de l’Invariance de Lorentz (LIV en anglais) à l’échelle de Planck. Une des signatures de cette violation est la modification de la propagation des photons dans le vide, induisant des décalages temporels dépendant de l’énergie des photons observés sur Terre. De tels décalages dans le temps d’arrivée de rayons γ sont recherchés avec l’expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), grâce aux émissions de très hautes énergies en provenance de sources lointaines telles que les blazars. Néanmoins, l’origine du décalage temporel doit être comprise en détails. En effet, un décalage intrinsèque à la source pourrait venir biaiser les contraintes sur les modèles de gravitation quantique. Cette thèse propose dans un premier temps de s’intéresser à la modélisation temporelle des éruptions de blazars, pour étudier les possibles décalages intrinsèques liés aux processus d’émissions de ces éruptions. Grâce à l’élaboration d’un modèle simple, cette étude met en relief les différentes caractéristiques de ces décalages intrinsèques sur les scénarios d’éruptions de blazar afin d’essayer de les distinguer des décalages potentiellement dus à un effet de LIV et aussi de proposer de nouvelles contraintes basées sur ces décalages temporels. Dans un deuxième temps, la méthode de recherche de décalages temporels dépendant de l’énergie avec H.E.S.S. est présentée ainsi qu’une application sur l’éruption du blazar Markarian 501 ayant eu lieu en juillet 2014. Cette analyse a permis d’établir la meilleure limite obtenue sur le terme quadratique de la signature de la LIV avec l’utilisation d’éruption de blazars.


  • Résumé

    Specific models of quantum gravity suggest the existence of a Lorentz Invariance Violation (LIV) at the Planck scale. One signature of that violation is a modification the propagation of photons in vacuum which induces energy dependent delays in the arrival time of photons on Earth. The H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) experiment can search for such delays in the arrival time of gamma rays, thanks to the very high energy emission coming from distant blazars. However, the time delay origin have to be fully understood. Indeed, an intrinsic time delay coming from the source can bias the constraints made on quantum gravity models. In the first part of this thesis, a time dependent blazar flare model is considered to search for the presence of intrinsic time delays related to the emission mechanisms of flares. With the elaboration of a simple scenario, this study highlights the different characteristics of intrinsic time delays in order to investigate how to disentangle them from delays due to LIV as well as to provide new constraints on blazar modeling. In the second part of this thesis, the method used to search for LIV signatures in blazar light curves at very high energy is presented as well as an application to the flare of Markarian 501 which occurred in July 2014. This analysis provides in particular the best upper limit on the quadratic term of LIV signature.


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