Etude du candidat PeVatron SNR G106.3+2.7 et optimisation de la sensibilité de CTA-North aux hautes énergies

Study of the PeVatron candidate SNR G106.3+2.7 and optimization of the CTA-North sensitivity at high energies

• Auteur / Autrice : Gaia Verna
• Direction : Franca Cassol, Heide Costantini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules et astroparticules
• Date : Soutenance le 09/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jürgen Knödlseder
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabio Acero, Elisa Bernardini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie de la résonance magnétique du proton

Rayons gamma

Rayonnement cosmique

Mots clés libres

Rayons Cosmiques

PeVatron

Rayons gamma

Cta

G106.3+2.7

Cosmic Rays

PeVatron

Gamma-Rays

Cta

G106.3+2.7

Résumé

La quête des PeVatrons Galactiques, accélérant les particules jusqu'à au moins quelques PeV (1 PeV = 10^(15) eV) est cruciale pour comprendre l'origine des Rayons Cosmiques Galactiques. Récemment, une dizaine de PeVatrons ont été observés dans l’hémisphère North grâce à la détection de rayons gamma jusqu’à quelques centaines de TeV. Le Cherenkov Telescope Array (CTA) représente la prochaine génération de télescopes à imagerie Cherenkov, il sera déployé sur deux sites, un dans chaque hémisphère. Cette thèse porte sur le potential de CTA-North pour la caractérisation de PeVatrons, en considérant en particulier le vestige de supernova G106.3+2.7. Nous avons développé une stratégie de reconstruction visant à optimiser la sensibilité de détection pour les rayons gamma d'énergie >10 TeV. En modifiant le pipeline de reconstruction de CTA, nous avons exploité des images tronquées (liées aux événements partiellement contenues dans le champ de vision de la caméra) et nous avons testé une classification des événements selon leur qualité de reconstruction. Une amélioration de la sensibilité de 20% a été obtenue à des énergies >10 TeV pour une configuration à 9 télescopes au prix d'une détérioration des résolutions angulaire et énergétique. De plus, sur la base de simulations, nous avons évalué la capacité de CTA-North à caractériser G106.3+2.7 en supposant une émission hadronique à partir de nuages moléculaires et en testant différents modèles morphologiques et spectraux. CTA-North est capable de détecter l'émission étendue de la source et de reproduire le spectre des protons simulés. Ce travail anticipe l'observation prochaine de G106.3+2.7 avec les premiers télescopes de CTA-North.

The quest for Galactic PeVatrons, accelerating particles up to at least few PeV (1 PeV = 10^(15) eV) is crucial in understanding the origin of Galactic Cosmic Rays. In the last few years, around ten PeVatrons have been detected in the Northern sky through gamma-ray observations at hundreds of TeV. The Cherenkov Telescope Array (CTA) is the next generation of imaging Cherenkov telescopes and will consist of two sites one in each hemisphere. This thesis focuses on the CTA-North potentiality in the characterization of promising PeVatrons considering in particular the supernova remnant G106.3+2.7. We have tested a reconstruction strategy aiming at optimizing the detection sensitivity for gamma-rays with energies >10 TeV. By modifying the future CTA reconstruction pipeline, we have exploited truncated images (related to events only partially contained in the camera field of view) and we have tested an event classification related to the event reconstruction quality. An improvement of the sensitivity of 20% has been obtained at energies >10 TeV for a 9 telescopes layout at a cost of a worse angular and energy resolution. Moreover, based on a simulation study, we have evaluated the CTA-North capability of characterising G106.3+2.7 assuming a pure hadronic emission from molecular clouds and testing different spatial and spectral models. CTA-North is able to significantly detect the extended emission of the source and to correctly reproduce the simulated parent proton spectrum. This work constitutes a preliminary study for the upcoming observation of G106.3+2.7 with the first CTA telescopes and with the whole array when completed.