Etude des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie avec l'observatoire Pierre-Auger : vers l'observation d'anisotropies dans les directions d'arrivées ?

Study of the ultra-high energy cosmic rays with the Pierre Auger Observatory : towards observations of anisotropies in arrival directions ?

• Auteur / Autrice : Haris Lyberis
• Direction : Andrea Chiavassa, Tiina Suomijärvi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Auger, Effet

Rayonnement cosmique

Physique des hautes énergies

Résumé

Cette thèse concerne l'étude des anisotropies des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie observé à l'aide de l'Observatoire Pierre Auger. Une partie de recherche et développement a été effectué afin d'augmenter la gamme dynamique des PM Hamamatsu en s'appuyant sur l'extraction du signal de dy-nodes plus profonde, permettant d'atteindre les 20 bits. Pour augmenter la statistique à haute énergie, un trigger plus lâche pour les prochaines étude des données d'Auger a été développé. De plus, des re¬cherche de sources ponctuelles en direction du centre galactique et de Centaurus ont été menées. Une nouvelle méthode pour la recherche d'anisotropies sans comparaison avec un catalogue a été dévelop¬pée, fournissant le degré de regroupement et un moyen analytique pour calculer la probabilité pénali-| sée. Grâce a celle-ci, d'importantes limites sur la densité de source et les déflexions des rayons cosmi¬ques extra-galactiques ont pu être posées. Dans la gamme d'énergie plus faible, une analyse de la première harmonique a été mené avec l'aide d'une nouvelle méthode tenant compte des effets de dé¬tection. Des limites supérieures au delà de 1 EeV ont été posées avec de surcroît une indication pour une réelle anisotropie indiquée par la présence d'une transition régulière dans sa phase. En utilisant une méthode numérique pour résoudre l'équation de diffusion dans un champ magnétique galactique simpli¬fié et des simulations Monte Carlo, nous avons comparé le degré d'anisotropie induit avec celui possible avec la possibilité de relâcher certaines hypothèses (source stationnaires, émission isotrope).

This thesis concerns the study anisotropies of UHECRs observed by the Pierre Auger Observatory. R&D was done to increase of the dynamical range of Hamamatsu PMTs using the technique based on the reading out of deeper dynodes, reaching 20 bits. To increase the statistics at high energy, a relax trigger selection was designed to be used in further Auger data analysis. Further, point sources were searched in direction of the Galactic Center and Centaurus A. We also developed a new method for searching for anisotropies without relying on any catalog that provides the clustering scale and an analytical way to compute the chance probability. Using it, we place important limits on the density of sources and the deflections of the extra-galactic cosmic rays. In the low energy range, we performed a first harmonic analysis using a new method to account for detector effects. Upper bounds were given above 1 EeV with an indication of a signal at all energies pointed out by the smooth transition of the phase. Finally, using both a numerical method to solve the diffusion equation in a simplified galactic magnetic field mo-del and Monte Carlo simulations, we compare the resulting anisotropy with the possible one, studying also relaxing some hypothesis (stationary sources, isotropic emission).