Détection de rayons gamma cosmiques et potentiel de découvertes avec le spectromètre AMS-02

Cosmic γ-rays discovery and discovery potential with the AMS-02 spectrometer

• Auteur / Autrice : Loïc Girard
• Direction : Sylvie Rosier-Lees
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulsars

Astronomie gamma

Rayons gamma

Calorimètres électromagnétiques

Résumé

Le spectromètre magnétique AMS-02 sera installé sur la Station Spatiale Internationale en 2007 pour une durée minimale de 3 ans. Le rayonnement γ du GeV au TeV est détectable au moyen du trajectomètre pour les γ convertis en e+e- et du calorimètre électromagnétique pour les γ non-convertis. Dans la première partie de cette thèse sont présentées la calibration et les performances du modèle d'ingénierie du calorimètre, résultant de l'analyse de données prises lors d'un faisceau-test mené au CERN en juillet 2002. Deux méthodes de calibrage, basées sur des Particules au Minimum d'Ionisation (MIPs) et sur des électrons d'une énergie nominale fixe, sont développées. Les performances déduites -linéarité, résolutions en énergie et angulaire, mesure de la longueur de radiation -sont comparées aux simulations Monte-Carlo. Dans la seconde partie de cette thèse, le potentiel de découverte pour l'astrophysique y est présenté. Des cartes d'observabilité du ciel sont construites pour un an de fonctionnement des détecteurs-y. L'acceptance du calorimètre est considérée a l'aide de simulations Monte-Carlo, les protons n'activant pas le système de dèclenchement charge et les γ, non-convertis en e+e- arrivant sur le calorimètre. Des variables, basées sur la forme et la direction de la gerbe développée, sont construites et utilisées pour la discrimination γ/proton. Une acceptance pour les γ est trouvée et le flux de protons survivants compare au flux attendu de y diffus. Si l'on s'intéresse a une source ponctuelle, la mesure du fond-y, basée sur le déplacement du cône de détection autour de la source ponctuelle, permet la soustraction de ce dernier fond. Puis, pour le pulsar Vela, la possibilité de distinguer au bout d'un an avec le spectre γ les mécanismes d'émission est estimée. Enfin le potentiel du calorimètre pour l'observation d'un signal γ supersymétrique provenant du Centre Galactique est illustré avec divers jeux de paramètres, ce pour un ou dix an(s) de fonctionnement.

Yet designed to measure charged component of the cosmic rays, the foreseen Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) could also release γ-ray studies, in the energy range from GeV to TeV, using the tracker system, for y-rays converted in e+ e- pair, and the electromagnetic calorimeter. In the first part of the thesis are described the calibrations and the performances of the engineering model of the calorimeter, obtained from the analysis of data taken during a test-beam performed at CERN in July 2002. In the second part of the thesis, the AMS-02 discovery potential for γ-astrophysics is presented. While exposure maps of the γ-sky are computed for one year of data taking with the g-detectors, the acceptance of the calorimeter is obtained from Monte-Carlo simulations. The AMS-02 potential is then estimated for signals from the Vela pulsar and for some supersymmetric signals from the Galactic center.