Energy dependent time delays induced by Lorentz Invariance Violation : discriminating source-intrinsic effects with blazar modeling and preparation of population studies with H.E.S.S. MAGIC and VERITAS

par Christelle Levy

Thèse de doctorat en Physique de l'univers

Sous la direction de Julien Bolmont et de Hélène Sol.

Le président du jury était Pascal Vincent.

Le jury était composé de Nikolaos Mavromatos, Garret Cotter.

Les rapporteurs étaient Oscar Blanch Bigas, Elina Lindfors.

  • Titre traduit

    Délais temporels dépendants de l’énergie induits par une violation d’invariance de Lorentz : discrimination des effets intrinsèques aux sources avec un modèle de bazar et préparation aux études de populations avec H.E.S.S. MAGIC et VERITAS


  • Résumé

    Certains modèles de gravitation quantique, développés en vue d'une unification de la relativité générale et de la mécanique quantique, prédisent une violation de l'invariance de Lorentz (VIL) à l'énergie de Planck, induisant une vitesse des photons dans le vide dépendante de leur énergie. La VIL peut être sondée grâce à la recherche de délais temporels dépendant de l'énergie dans les émissions aux TeV de sources gamma distantes et variables telles que les noyaux actifs de galaxies, sursauts gamma et pulsars. Toutefois, des délais temporels peuvent également être générés par les processus radiatifs de ces sources qui nécessitent donc d'être étudiés, en particulier grâce à la modélisation des mécanismes d'émission. Ce manuscrit présente un modèle de blazar dépendant du temps basé sur un scénario leptonique, et l'étude des délais intrinsèques obtenus ainsi que leurs propriétés. De fortes corrélations et symétries entre les délais temporels dans les domaines des rayons X et gamma sont mises en évidence, qui peuvent être utilisées pour différencier les effets intrinsèques des effets de propagation. Contrairement au VIL, les délais intrinsèques ne dépendent pas directement de la distance de la source. Ces deux effets pourraient donc également être séparés grâce à une analyse multi-sources. Un consortium a été formé entre H.E.S.S., MAGIC et VERITAS afin d'élargir le catalogue de données exploitables. Un logiciel d'analyse poussée a été développé dans le but de tester et calibrer une nouvelle méthode standardisée de combinaison de données, menant à des contraintes sur l'échelle en énergie de gravitation quantique à la fois fortes et robustes.


  • Résumé

    Some models of quantum gravity, aiming at unifying general relativity and quantum mechanics, predict a Lorentz invariance violation (LIV) at Planck energy, expected to induce an energy-dependent velocity of photons in vacuum. One way to probe LIV is to look for energy-dependent time delays in the TeV gamma-ray signal coming from remote and variable cosmic sources such as active galactic nuclei, gamma-ray bursts and pulsars. However, time delays can also be generated from sources' radiative processes which are yet to be discriminated from LIV propagation effects. This distinction should be possible through the modelisation of sources emission mechanisms. This manuscript presents a time dependent leptonic model of blazar flares, and reviews the study of intrinsic time delays and their properties. Strong correlation and symmetry between time delays in the X-ray and gamma-ray domains are highlighted, which can be used to discriminate intrinsic from propagation effects. Contrary to LIV effects, intrinsic delays should not directly depend on the source distance. It should also be possible to separate both effects through population studies. A consortium between H.E.S.S., MAGIC and VERITAS experiments has been created to enlarge the catalog of usable datasets and combine them in a multi-source analysis. An advanced analysis software has been developed to test and calibrate a new standardised combination method, which is found to yield strong and robust constraints on the quantum gravity energy scale.

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