Les jeunes vestiges de supernova et INTEGRAL : raies du 44Ti et émission non thermique

Prelude to the ''Venus Express'' mission : a study of the atmosphere using infrared spectro-imaging

• Auteur / Autrice : Mathieu Renaud
• Direction : François Lebrun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et méthodes associées
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique des hautes énergies

Intégral (satellite artificiel)

Nucléosynthèse

Restes de supernovae

Résumé

La thèse présentée ici concerne la recherche et l'étude de jeunes vestiges de supernova à partir des observations menées avec l'instrument IBIS/ISGRI à bord du satellite européen gamma INTEGRAL. Ce travail de recherche porte sur la nucléosynthèse explosive et l'accélération de particules. Le premier thème se décline par l'étude des raies de décroissance radioactive du 44Ti, élément à courte duré de vie exclusivement produit aux premiers instants du phénomène de supernova, et le deuxième par l'étude de l'émission continue non-thermique sous-jacente. La première partie du manuscript porte sur une présentation générale des supernovae des points de vue observationnel et théorique. La deuxième partie décrit le satellite INTEGRAL et les principaux instruments à bord, les méthodes d'imagerie et de détection avec l'instrument IBIS/ISGRI, ainsi que mon investissement personnel sur le développement d'outils spécifiques liés à l'analyse de données. Les résultats obtenus sur les vestiges des supernovae historiques tels que Cassiopeia A, Tycho, et Vêla Junior sont exposés dans la troisième partie. Le premier chapitre de la dernière partie pose la problématique des jeunes vestiges de supernova manquants et présente une étude de la détectabilité des supernovae dans le domaine visible, à partir d'un modèle d'extinction interstellaire galactique. Le deuxième chapitre rapporte les résultats de la recherche de jeunes vestiges de supernova par l'intermédiaire des raies de décroissance du 44Ti ainsi que par une approche multi-longueur d'onde, du domaine radio à la nouvelle fenêtre d'observation au TeV. Je discusse également les contraintes apportées sur la fréquence des explosions et sur les taux de production de cet élément, vis-à-vis des observations IBIS/ISGRI et de l'abondance solaire du 44Ca.

This thesis deals with the search for and the study of young galactic supernova remnants using the observations performed by IBIS/ISGRI, one of the two main coded-mask instruments onboard the european gamma-ray satellite INTEGRAL. This research is based on the study of gamma-ray lines coming from the radioactive decay of 41Ti, a short-lived nucleus (~ 86 y) exclusively produced during the first stages of stellar explosions, and the study of the non-thermal continuum mechanisms which take place inside the young supernova remnants. The first part of the manuscript presents an overview of supernovae from an observational and theoretical point of view. The second part describes the INTEGRAL satellite with its instruments, the techniques used for analyzing the data collected by IBIS/ISGRI, and my personal investigations concerning different developments. The results obtained on historical supernova remnants like Cas A, Tycho, Vela Junior are presented in the third part. The first chapter of the last part is devoted to the study of the detectability of supernovae in the optical domain with a model of the interstellar extinction. The second chapter reports on the search for missing and hidden young supernova remnants in the Milky Way with the IBIS/ISGRI galactic plane survey through the 44Sc gamma-ray lines as well as with a multi-wavelength approach, from the radio domain to the new observational window at TeV energies. I also discuss the constraints on the supernova rate and the 44Ti production in core-collapse supernovae, based on these IBIS/ISGRI observations and the 44Ca solar abundance.