Recherche de neutrinos de haute énergie provenant du plan galactique avec le télescope à neutrino ANTARES

Search for high energy neutrinos from the Galactic plane with the ANTARES neutrino telescope

• Auteur / Autrice : Timothée Grégoire
• Direction : Antoine Kouchner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 18/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Alessandra Tonazzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Kouchner, Laurent Derome, Markus Ackermann‏, Maurizio Spurio, Eric Nuss, Bruny Baret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Derome, Markus Ackermann‏

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Télescope à neutrinos ANTARES

Ondes gravitationnelles

Rayonnement cosmique

Neutrinos

Astrophysique

Mots clés libres

Astrophysique

Neutrinos

Plan galactique

Rayon-cosmiques

Ondes gravitationnelles

GW170817

Astrophysics

Neutrinos

Galactique plane

Cosmic-rays

Gravitational waves

GW170817

Résumé

Deux analyses sont présentées dans cette thèse. Une première analyse exploite les données du télescope à neutrino ANTARES pour sonder la présence d'un flux de neutrino diffus galactique. Cette analyse se base sur un modèle récent de propagation des rayons cosmiques dans la galaxie, le modèle KRAγ. Ce modèle prédit un flux de neutrinos particulièrement élevé et proche de la sensibilité des télescopes à neutrinos actuels. Il existe deux versions de ce modèle correspondant à différentes coupures sur l'énergie des rayons cosmiques, à 5 et 50 PeV/nucléon. Une méthode de maximisation d'une fonction de vraisemblance est utilisée pour prendre en compte les caractéristiques du modèle, autant spatiales qu'en énergie. Cette analyse a également été combinée avec les données de l'expérience IceCube dans le but d'exploiter au mieux les données actuelles. Des limites ont été mises sur ce modèle rejetant la version avec une coupure à 50 PeV et limitant la version avec une coupure à 5 PeV à moins de 1,2 fois le flux prédit par le modèle. Une deuxième analyse de suivi du signal d'ondes gravitationnelles GW170817 par le télescope à neutrino ANTARES est également présentée. Le signal d'onde gravitationnelles GW170817 résulte de la coalescence d'une binaire d'étoiles à neutrons. Cette deuxième analyse a pour objectif de sonder la présence d'un flux de neutrinos provenant de cet événement en cherchant des neutrinos corrélés spatialement et temporellement. J'ai pris part à cette analyse en y ajoutant les événement de type cascade. Aucun événement n'a été détecté en corrélation, des limites ont été mises sur le flux de neutrino attendu.

Two analyses are detailed in this thesis. A first analysis exploit the data of the ANTARES neutrino telescope to probe the presence of a Galactic diffuse neutrino flux. This analysis is based on a recent model of cosmic ray propagation in the Galaxy, the KRAγ model. This model predict a neutrino flux particularly high and close to the sensitivity of the current neutrino telescopes. Two versions of this model exist corresponding to different cuts in the cosmic ray energy, one at 5 PeV/nucleon and an other one at 50 PeV/nucleon. A method of maximization of a likelihood function is used in order to account for the model characteristics in energy and space. The analysis has also been combined with the data of the IceCube experiment in order to exploit all the available data. Limits have been put on this model rejecting the version of the model with the 50 PeV cut and limiting the version with the 5 PeV cut to less than 1.2 times the predicted flux.A second analysis of gravitational wave signal follow-up by the ANTARES neutrino telescope is also presented in this work. The GW170817 gravitational wave signal results from the coalescence of a binary neutron star system. This second analysis aims at probing the presence of a neutrino flux coming from this event looking for neutrino events correlated in space and time. I took part to this analysis by adding the shower-like event sample. No event has been detected in correlation, limits have been put on the expected neutrino flux.