Les vestiges de supernova sont-ils les sources des rayons cosmiques galactiques ?

Are supernova remnants the sources of galactic cosmic rays?

• Auteur / Autrice : Pierre Cristofari
• Direction : Étienne Parizot, Stefano Gabici
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Montmerle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Binétruy, Mathieu Renaud, Emma de Oña Wilhelmi, Thierry Montmerle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Marcowith, Luke Drury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique stellaire

Rayonnement cosmique

Détecteurs de rayonnement

Restes de supernovae

Mots clés libres

Pevatron

Mécanisme accélération

Résumé

Les rayons cosmiques ont été découverts il y a plus d'un siècle, mais leur origine reste inconnue. L'hypothèse la plus populaire est que les vestiges de supernova sont la source des rayons cosmiques. L'observation de plusieurs vestiges en rayons gamma, attendus comme produits de l'interaction entre les rayons cosmiques accélérés au niveau du vestige de supernova et le milieu interstellaire, est sans doute l'argument le plus fort pour soutenir cette hypothèse, mais ne constitue pas une preuve incontestable. En effet, un autre mécanisme, leptonique, peut aussi rendre compte des émissions gamma observées, et dans bien des cas, la situation reste ambiguë. Au lieu de se baser sur une étude au cas par cas des vestiges de supernova, nous proposons une étude de population reposant sur des simulations Monte Carlo, et nous estimons le nombre de vestiges de supernova qu'un télescope donné peut espérer détecter en partant de l'hypothèse que les vestiges sont effectivement les sources des rayons cosmiques Galactiques. Nos prédictions sont en accords avec les observations actuels du télescope H. E. S. S. , et notre travail constitue un nouveau test statistique pour l'hypothèse de départ. Le modèle développé peut alors être utilisé pour estimer la population de vestiges de supernova que les télescopes de la prochaine génération, comme par exemple le Cherenkov Telescope Array (CTA), peuvent espérer détecter. Enfin, cette procédure est utilisée pour commenter sur les chances de détection de neutrinos, qui témoigneraient directement de la présence de mécanismes hadroniques, et pourraient confirmer incontestablement que les vestiges de supernova sont les sources des rayons cosmiques Galactiques.

Cosmic rays have been discovered more than one century ago, but their orirign remains unknown. The most popular hypothesis is that supernova remnants are the source of Galactic cosmic rays. The observation of several remnants in gamma rays, which are indeed expected as the result of hadronic interactions between the cosmic rays accelerated at the remnant and the interstellar medium, is probably the strongest support to this idea. However, another mechanism, leptonic, can also account for the the observed gamma—ray émission, and in many cases the situtation remains ambiguous. Instead of relying on a case—by—case study, we adopt here a different approach and consider a population study using Monte Carlo simulations. We investigate the the number of supernova remnants that a given telescope can expect to detect, starting from the hypothesis that supernova remnant are the sources of Galactic cosmic rays. We find that our predictions are in aggrement with current observation results, such as the one of H. E. S. S, thus providing a novel consistency check for the supernova remnant paradigm for the origin of Galactic cosmic rays. The developed model can then be used to investigate the population of remnants that the next generation of telescope can expect to detect, such as the Cherenkov Telescope Array (CTA). Finally, we discuss on the hope of detection of neutrinos fron supernova remnants, which would testify that hadronic mechanisms are at stake, and could show unequivocally that supernova remnants are the sources of Galactic cosmic rays.