Rayons cosmiques de très haute énergie : vers une nouvelle astronomie

Ultra high energy cosmic rays : towards a new astronomy

• Auteur / Autrice : Alvise Mattei
• Direction : Pascal Chardonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trous noirs (astronomie)

Rayonnement cosmique

Résumé

Les rayons cosmiques ont joué un rôle important dans l’histoire de la Physlque depuis plus d'un siècle. Leur spectre s'étend pour plus de 10 ordres de grandeur. La présence du rayonnement de fond diffus cosmologique limite la distance de propagation et définit la classe des rayons cosmiques d'énergie ultra-haute (appelés UHECR) qui ont une énergie au-delà du seuil de production de pions, encore appelée coupure GZK. Les aspects généraux du problème sont analysés de façon critique. Je décris donc une méthode de reconstruction des trajectoires des UHECR dans I'univers proche, en partant du champ magnétique Galactique. Le code développé est capable de rétro-propager des particules chargées dans un champ magnétique quelconque. Le champ magnétique Galactique est reconstruit à travers les modèles actuels. Pour déterminer Ie champ magnétique extragalactique, j'ai utilisé une carte de I'univers local, extraite du catalogue HyperLEDA. Pour vérifier les effets de ces champs, j'ai rétro-propagé un faisceau de 40000 protons, d'un degré de rayon, dans la direction de I'amas de la Vierge. La déviation moyenne n'est pas négligeable. J'ai appliqué la même méthode à I'évènement triple de I'expérience AGASA auquel j'ai ajouté un quatrième évènement de HiRes. Parmi les sources possibles, j'ai identifié NGC3998, un noyau actif de galaxies, de la catégorie LINER, bon candidat pour I'accélération. Enfin, j'ai travaillé aussi sur un nouveau type de source: les trous noirs chargés, qui pourraient être a I'origine d'une émission de particules de très haute énergie. J'en décris Ie mécanisme d'accélération et Ie flux attendu, en suggérant une corrélation avec les sursauts gamma. Je propose donc une stratégie de reconstruction de trajectoires qui pourra être améliorée avec les prochaines expériences (AUGER, SKA, LOFAR) ainsi qu'une nouvelle source à rechercher a travers ce nouveau type d'astronomie

Cosmic rays play an important role in the history of Physics, since more tan a century. Their spectrum extends by more than 10 orders of magnitude. The cosmic background radiation constrains the propagation distance and defines the class of Ultra High Energy Cosmic Rays (UHECR) which carry energy well beyond the pion production threshold, called cutoff GZK. Several experiments studied the UHECR to understand their nature and origin. The general aspects of this problems are analyzed in a critical flavor. I describe a method for the reconstruction of UHECR trajectories within the local universe, starting from the Galactic Magnetic Field (GMF). My code is able to back-propagate charged particles in a magnetic field. To determine the extragalactic magnetic field, I used a local universe map, taken from the catalog HyperLEDA. To verify the effects of these fields on UHECR trajectories, I back-propagate a beam of 40000 protons, 1 degree wide, towards the direction of Virgo cluster. The mean deviation is 0. 780. And grows up to 1. 30 for a frozen field model. These values are not negligible. I applied the same method to the triple event of AGASA experiment, added of a fourth event from HiRes. Through the plausible sources, I identified NGC3998, an Active Galactic Nucleus, of LINER type, a good candidate for acceleration. Finally, I worked also on a new kind of source: the charged black holes, which can be at the origin of UHECR emission. I sketch the acceleration mechanism and the expected flux, suggesting a correlation with gamma-ray bursts. So I propose a strategy of trajectory reconstruction, which can be improved with the next generation experiments (AUGER, SKA, LOFAR), as well as a new source to be searches through this new kind of astronomy