À la Pêche aux Neutrinos Galactiques : recherche d’une émission diffuse produite par les interactions des rayons cosmiques dans la Voie lactée avec le télescope ANTARES

Fishing for Galactic Neutrinos : Searches for Diffuse Emission from Cosmic-Ray Interactions in the Milky Way with the ANTARES Telescope

• Auteur / Autrice : Theophile Cartraud
• Direction : Antoine Kouchner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance le 28/10/2025
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Jaime Dawson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Poireau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Donglian Xu, Rosa Coniglione
• DOI : 10.70675/1abab718z1cacz4e2bz86b7z8478feafa11d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astrophysique des neutrinos

Voie lactée

Rayonnement cosmique

Télescope à neutrinos ANTARES

Détection du signal

Mots clés libres

Neutrinos

Haute énergie

Astroparticules

Voie lactée

Galaxie

Flux diffus

Analyse de données

Neutrinos

High-energy

Astroparticles

Milky Way

Galaxy

Diffuse emission

Data analysis

Résumé

Au fond des abysses, les télescopes à neutrinos scrutent le ciel dans l'espoir de percer les origines des particules les plus insaisissables jamais détectées. Les neutrinos Galactiques, identifiés pour la première fois en 2023 par l'observatoire IceCube à travers les glaces de l'Antarctique, sont supposés provenir de l'interaction de noyaux atomiques, aussi appelés rayons cosmiques, avec la matière interstellaire de la Voie lactée. Le détecteur ANTARES, précurseur de KM3NeT, a observé le ciel pendant 15 ans depuis les profondeurs de la mer Méditerranée, offrant une sensibilité inégalée sur certaines régions du ciel de l'hémisphère Sud. Ce manuscrit présente une analyse des données finales d'ANTARES, couvrant 15 ans d'observations continues, visant à tester plusieurs modèles phénoménologiques d'émission diffuse de neutrinos d'origine Galactique. Un test d'hypothèse fondé sur une fonction de vraisemblance a été développé spécifiquement pour détecter le signal prédit par ces modèles. Bien qu'aucune contrainte forte n'ait pu être imposée aux modèles, les nouvelles méthodes développées pour estimer précisément le signal Galactique et la méthode d'analyse introduite ouvrent la voie à de futures recherches plus sensibles avec les détecteurs de nouvelle génération tels que KM3NeT.

Deep in the abyss, neutrino telescopes are scanning the sky in an effort to uncover the origins of the most elusive particles ever detected. Galactic neutrinos'first identified by the IceCube Neutrino Observatory in 2023 through the Antarctic ice'are believed to arise from the interactions of cosmic nuclei, also called cosmic rays, with interstellar matter in the Milky Way. The ANTARES detector, the predecessor of KM3NeT, operated for 15 years beneath the Mediterranean Sea, offering an unprecedented sensitivity in some regions of the Southern sky. This dissertation presents a comprehensive analysis of the full ANTARES dataset, covering 15 years of observations, aimed at testing various phenomenological models of Galactic diffuse neutrino emission. A hypothesis test likelihood framework has been built to look for the signal predicted by these templates. Although no stringent constraints could be placed on the models, the novel methodologies developed for accurately estimating the expected Galactic signal and the advances made on the analysis method are laying the groundwork for future, more sensitive searches with next-generation detectors such as KM3NeT.