Astronomie des rayons gamma avec des particules de type axion et recherche de champs magnétiques intergalactiques
Gamma-ray astronomy with axion-like particles and search for intergalactic magnetic fields
par Alexander KOROCHKIN sous la direction de Dmitri SEMIKOZ et de Grigory RUBTSOV
Thèse de doctorat en Physique de l'univers
ED 560 Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers, Paris


Sujets
  • Astronomie gamma
  • Axions
  • Champs magnétiques (physique spatiale)
  • Fond diffus cosmologique

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Mots clés
Astronomie gamma, Fond diffus, Champs magnétiques intergalactiques, Particules de type axion
Resumé
Les rayons gamma d'énergies supérieures à 30 GeV ne peuvent pas voyager librement à travers l'Univers en raison de leur interaction avec la lumière d'arrière-plan extragalactique (EBL). Dans ces interactions, les rayons gamma produisent des paires électron-positon secondaires, qui à leur tour diffusent vers le haut les photons du fond diffus cosmologique (CMB). La cascade électromagnétique qui en résulte modifie le spectre intrinsèque de la source à la fois aux hautes et basses énergies. Aux hautes énergies, le flux est réduit en raison de l'absorption des photons primaires. Aux énergies inférieures, il y a un flux supplémentaire provenant de la cascade électromagnétique. Les propriétés des cascades électromagnétiques peuvent être utilisées pour étudier les champs magnétiques intergalactiques (IGMF) à travers des observations du retard temporel des photons secondaires, des signatures dans les spectres et de l'émission étendue autour des sources ponctuelles. Les mêmes données peuvent être utilisées pour étudier les empreintes des particules hypothétiques de type axion (ALP), l'un des principaux candidats à la matière noire, dans le spectre des sources de rayons gamma. La future expérience de rayons gamma Cherenkov Telescope Array (CTA) prévoit de mesurer les flux de blazars dans la gamme d'énergie de 30 GeV à 30 TeV avec une sensibilité 10 fois supérieure aux mesures actuelles. L'objectif de cette thèse est de modéliser les phénomènes ci-dessus, en tenant compte des modèles récents de lumière de fond extragalactique et de faire des prédictions de modèles pour les futures mesures CTA. Tout d'abord, nous construisons un nouveau modèle EBL flexible et examinons sa dépendance vis-à-vis des principaux paramètres astrophysiques qui le sous-tendent. En utilisant les données de rayons gamma disponibles, nous avons défini des contraintes sur les paramètres de la caractéristique spectrale étroite supplémentaire dans le spectre EBL, puis nous les avons converties en contraintes sur la constante de couplage ALP avec les photons. D'autre part, nous estimons la sensibilité du CTA pour les champs magnétiques cosmologiques forts et montrons qu'il peut être utilisé pour sonder un champ magnétique d'une force allant jusqu'à 10¿12 G - 10¿11 G. Enfin, nous discutons de deux classes d'erreurs systématiques, qui doivent être prises en compte lors de l'étude de l'IGMF avec la technique des rayons gamma. La première classe est associée à l'effet de rétroaction baryonique et la seconde aux imprécisions de la simulation numérique.