Etude des rayons cosmiques ultra-énergétiques avec l'Observatoire Pierre Auger avec les nouvelles observables de composition

par Quentin Luce

Projet de thèse en Astroparticules et cosmologie

Sous la direction de Isabelle Yvon.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'Observatoire Pierre Auger, le plus grand détecteur de rayons cosmiques au monde, prend des données depuis 2004. Il utilise deux techniques complémentaires pour mesurer les gerbes induites par les rayons cosmiques dans l'atmosphère: un réseau de surface de 3000 km2 pour collecter les particules au sol et un ensemble de télescopes à fluorescence (FD) pour mesurer le profil longitudinal des gerbes. La mesure précise du spectre en énergie a permis d'observer deux caractéristiques très claires se détachant d'une loi de puissance très régulière: un durcissement appelé la “cheville” à environ 4x10^18 eV et une coupure au-dessus de 5x10^19 eV. Ces structures contiennent de l'information sur l'origine des rayons cosmiques et leur propagation dans l'univers : la nature galactique ou extra-galactique des sources est toujours un mystère. De recentes études ont montré qu'un modèle de sources extra-galactiques proches composé de Starbursts (galaxies ayant un fort taux de formation d'étoiles) reproduisait les anisotropies dans les directions d'arrivée observées par l'Observatoire Pierre Auger. Le travail de thèse sera dédié à la reconstruction des événements de l'Observatoire Pierre Auger en utilisant le détecteur de surface. Il comprendra d'une part des études proches du détecteur, qui demanderont à se familiariser avec les détecteurs mis en place et à en extraire les données pertinentes. Puis il s'agira d'utiliser ces données afin d'extraire les observables d'intérêts que sont l'énergie, la masse et la direction d'arrivée des rayons cosmiques. Ces observables seront ensuite utilisées afin de construire des modèles de sources astrophysiques qui seront testés pour déterminer l'origine des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie.

  • Titre traduit

    Study of the highest energy cosmic rays with the Pierre Auger Observatory using new composition observables


  • Résumé

    The Pierre Auger Observatory is the biggest dectector dedicated to the study of the cosmics rays. It is taking data since 2004, using two complementary methods to measure the extensive air shower initiated by a cosmic ray: a 3000 km² surface array and 4 sites of fluorescence telescopes. From the precise measure of the energy spectrum, two characteristics emerge from a regular power law: a change of the slope at 4.10^18 eV and a cut-off above 5.10^19 eV. These two structures contain informations about the origin of the cosmic rays and their propagation in the Universe: the galactic or extra-galactic nature of the sources remains a mystery. Recent studies have shown that a model of nearby astrophysical sources: Starbursts (galaxies with a high star formation rate) reproduce the anisotropies of the arrival direction seen by the Pierre Auger Observatory. The work of the thesis is dedicated to the reconstruction of the Pierre Auger Observatory's events using the observables of the surface detector. It consists to the familiarization with the dectectors to extract the relevant datas, then analyse these datas to reconstruct the energy, the composition and the arrival direction, and finally construct an astrophysical model to test different scenarios of the origin of the cosmic rays.