Mise en route du premier grand télescope de CTA et étude de sources de rayons gamma transitoires

Commissioning of the first CTA large size telescope and study of transient gamma-ray sources

• Auteur / Autrice : Quentin Piel
• Direction : Jean-Pierre Lees, Armand Fiasson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 05/07/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules
• Jury : Président / Présidente : Edwige Tournefier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Grazia Bernardini, Guillaume Dubus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Bolmont, Oscar Blanch Bigas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de rayonnement

Sursauts gamma

Mots clés libres

Rayons gamma

Cta

Lst

Transitoire

Gamma-Rays

Cta

Lst

Transients

Résumé

Depuis 1967 et leur découverte par les satellites VELA, les sursauts gamma n'ont cessé d'être intensivement étudiés. Jusque récemment, la limite de détection de ces sources fut fixée à 100GeV. Les réseaux de télescopes Cherenkov n'avaient encore jamais détecté ce type de sources. L'un de ces réseaux, H.E.S.S. a observé plusieurs dizaines de sursauts gamma durant la dernière décennie. Les améliorations continues du réseau de télescope avec la construction du grand télescope CT5 et les logiciels de reconstruction et d'analyse ont permis de grandement améliorer la qualité des observations et les choix des alertes à suivre. Les observations de H.E.S.S. ont permis de poser de nombreuses contraintes sur les modèles d'émission des sursauts gamma, par exemple la surveillance à long terme de l'évènement GW170817 a permis de contraindre l’intensité du champ magnétique dans l'éjecta. Après de nombreux suivis, la première détection d'un sursaut gamma au-delà de 100GeV a été effectué avec H.E.S.S., 10h après la détection par Swift-BAT. Cet objet exceptionnel est le premier de ce type à être détecté à très haute énergie et pose de nouvelles contraintes pour la modélisation des sursauts gamma.Le futur réseau de télescopes Cherenkov appelé CTA va entrer dans une phase de prise de données. Les améliorations à la fois des composants et des méthodes d'analyse permettront d'améliorer la sensibilité du réseau d'un facteur dix par rapport à la génération actuelle. Les grands télescopes de ce réseau appelés LST seront la pièce maîtresse du suivi des alertes de sursauts gamma. Sa grande sensibilité à basse énergie (environ100GeV) et sa grande vitesse de repointé feront de ces télescopes la meilleure chance de détection d'un large échantillon de sursaut gamma. Les premières estimations provenant de l'application d'un modèle leptonique ont montré que CTA et les LSTs devraient apporter de nombreuses détections de sursauts gamma durant les premières années de fonctionnement.Depuis fin 2018, le premier prototype du LST est phase de construction et de mise en route. Les premières validations des choix faits pour le système de contrôle ont été effectués grâce à un modèle MATLAB/Simulink de la structure du télescope. Ces simulations ont permis de valider les composants utilisés et les objectifs fixés par la collaboration CTA. Lors des premiers mois de mise en fonctionnement du télescope, l'analyse en temps réelle et le bending model vont être implémentés. Le bending model est la prise en compte de la déformation de la structure dans le pointé du télescope. Cette correction cruciale pour atteindre les objectifs de précision fixés (<30arcsec) par la collaboration CTA est maintenant fonctionnelle et devrait être utilisée pour tous les autres grands télescopes.L'analyse en temps réel est l'un des derniers atouts du LST. Il devrait pour la première fois être capable de recevoir et d'envoyer des alertes en provenance et à direction des instruments partenaires. Dans ce but, une analyse en temps réel a été développée et est en fonctionnement depuis les premiers tests de prise de données.

Since 1967 and their discovery by the VELA satellites, Gamma- Ray Bursts (GRB) have been intensively studied. Until recently, the detection maximal energy of these sources was set at 100 GeV. Arrays of Cherenkov telescope never detected this type of source up to 2018. One of these networks, H.E.S.S. has observed several dozen of GRBs during the last decade. Ongoing improvements to the telescope network with the construction of the large one, and to reconstruction and analysis software have greatly improved the quality of observations and the choice of alerts to follow. The H.E.S.S. observations allowed to put numerous constraints on gamma ray emission models. For instance the long-term monitoring of the event GW170817 allowed to constraint the magnetic field in the ejecta. After many follow-ups, the first detection of a gamma burst beyond 100 GeV was made with H.E.S.S., 10h after the Swift–BAT detection. This exceptional object is the first of its kind to be detected at very high energy and poses new constraints for the modeling of gamma-ray bursts.The future Cherenkov telescope array called CTA will enter a data acquisition phase. Improvements in both components and methods of analysis will improve the sensitivity of the network by a factor of ten over the current generation. The large telescopes of this array, the LSTs, will be the masterpiece of the monitoring of GRBs. Its high sensitivity in the low-energy regime (environ 100 GeV) and high repositioning speed will make this new telescope the best chance to detect a large sample of gamma-ray surge. Early estimates from the application of a leptonic model have shown that CTA and LSTs should allow multiple detections of gamma-ray bursts during the first years of operation.Since the end of 2018, the first prototype of the LST construction is completed. The first validations of the technical choices for the control system were performed thanks to a MATLAB / Simulink model of the telescope structure. These simulations validated the components used and the objectives set by the CTA collaboration.During the first months of operation of the telescope, the real-time analysis and the bending model will be implemented. The aim of the bending model is to take into account the deformation of the structure in the telescope's pointing. This crucial correction to achieve the set precision objectives (<30arcsec) by CTA collaboration is now functional and should be used for all other large telescopes.Real-time analysis is one of the last assets of the LST. It should for the first time be able to receive and send alerts to and from partner instruments. For this purpose, a real-time analysis has been developed and is in operation since the first data-taking tests.