Identification des accélérateurs cosmiques : recherche de nébuleuses de pulsars au GeV avec le Fermi Large Area Telescope

Cosmic ray accelerators identification : Search for pulsar wind nebulae in the GeV domain using the Fermi-Large Area Telescope.

• Auteur / Autrice : Romain Rousseau
• Direction : David A Smith, Marianne Lemoine-Goumard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas et corpuscules
• Date : Soutenance le 26/09/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan / CENBG
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Chaty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jonathan Braine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Jean, Eric Nuss

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nébuleuses

Pulsars

Télescope spatial Fermi

Astronomie gamma

Mots clés libres

Astronomie gamma de haute énergie

Fermi

Large Area Telescope (LAT)

Nébuleuses de pulsars

Modélisation spectrales

Études de populations

Gamma-Ray Astronomy

Fermi

Large Area Telescope (LAT)

Pulsar Wind Nebulae (PWNe)

Spectral modeling

Population studies

Résumé

Dédié à l’étude du ciel en rayons gamma, le satellite Fermi comporte à son bord le Large AreaTelescope (LAT), sensible au rayonnement de 20 MeV à plus de 300 GeV. Sa sensibilité et ses performances grandissantes apportent de plus en plus de contraintes sur les nébuleuses à vent de pulsar. Ces nébuleuses sont alimentées par l’injection permanente d’un vent d’électrons et de positrons relativistes accélérés par l’onde de choc délimitant la nébuleuse. Ces particules chargées rayonnent dans les différents domaines du spectre électromagnétique et notamment dans le domaine des rayons gamma à l’aide du processus de diffusion Compton inverse. Cette thèse présente l’étude morphologique et spectrale détaillée de deux sources potentiellement associées à des nébuleuses : MSH 11-62 et HESS J1857+026, afin de déterminer si l’émission gamma est produite par des nébuleuses de pulsar. Dans un deuxième temps, l’analyse de toutes les sources reliées à des contreparties détectées par les télescopes Cerenkov permet la détection de six nouvelles nébuleuses de pulsars et candidats dans la gamme de Fermi. Ceci permet d’apporter de nouvelles contraintes sur les propriétés physiques des nébuleuses de pulsar ainsi que sur les mécanismes d’émission à l’aide de modèles et d’études sur la population totale détectée par le LAT.

The Fermi Gamma-ray Space Telescope was launched on 2008 June 11, carrying the Large Area Telescope (LAT), sensitive to gamma-rays from 20 MeV to more than 300 GeV. Its constantly improving sensitivity and performance offer a new opportunity to understand the sources of the gamma-ray sky including Pulsar Wind Nebulae (PWNe). PWNe are powered by the constant injection of a relativistic wind of electrons and positrons from their central pulsars. These charged particles are accelerated at the shock front forming the PWN and emit photons which can be observed along the entire electromagnetic spectrum, including the highenergy gamma-ray domain via inverse Compton scattering.This thesis present the detailed analysis of two sources of gamma-ray emission potentially asso4021ciated to PWNe : MSH 11-62 and HESS J1857+026. The combination of the spatial and spectral analyses provide new elements to confirm these associations.In a second step, we describe a search for counterparts to sources detected by Cerenkov telescopes.This search led to the detection of six new LAT sources potentially associated with PWNe. These studies bring new insights and constraints on the physical properties of the sources as well as on emitting processes by constraining the models and allowing population studies.