Observation de gammas de haute énergie par CTA : origine des Pevatrons et analyse de la caméra NectarCam du télescope MST

High-energy gamma observation by CTA: origin of the Pevatrons and analysis of the NectarCam camera of the MST telescope

• Auteur / Autrice : Coline Dubos
• Direction : Tiina Suomijarvi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Science des Astroparticules et Cosmologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Accelerateurs cosmiques

Analyse de données

Simulation CTA

Cherenkov Telescope Array

Rayons gammas de haute énergie

PeVatrons

Cherenkov Telescope Array

CTA Simulation

PeVatrons

Cosmic accelerators

High-energy gamma rays

Data analysis

Résumé

Cherenkov Telescope Array (CTA) est une expérience internationale pour l'astronomie gamma de haute énergie. L'Observatoire CTA est composé de télescopes Cherenkov de grande taille (23m de diamètre, LST), de taille moyenne (12m de diamètre, MST) et de petite taille (4m de diamètre, SST) qui serons installés sur deux sites La Palma (les Canaries) et Paranal (Chili). Avec une excellente résolution angulaire et en énergie et une sensibilité accrue sur une large domaine en énergie (30 GeV à 300 TeV), CTA fournira une contribution majeure sur l'étude des accélérateurs cosmiques. Il permettra d'aborder plusieurs questions clés de la physique des astroparticules. CTA explorera l'accélération des particules dans un quart du ciel extra-galactique, dans le plan galactique et dans le Grand Nuage de Magellan. Les Key Science Projects (KSP) portèrent sur les phénomènes transitoires, sur l'accélération des particules jusqu'aux énergies de PeV dans notre Galaxie (PeVatrons), sur les noyaux actifs de galaxie (AGN), et sur les systèmes de formation des étoiles de grande variété. CTA examinera aussi la nature ultime de la matière et de la physique au-delà du modèle standard et recherchera des signatures de la matière noire. Le groupe CTA de l'IJClab-Orsay contribue au projet NectarCAM, la caméra pour les télescopes de taille moyenne. En particulier, l'IJClab est responsable du design et de la production du système d'étalonnage de NectarCAM. Le développement technique est maintenant terminé et des tests de ce système de calibration sont en cours. L'installation du première télescope MST avec le caméra NectarCam sur le site La Palma est prévue en 2022. L'analyse des données de calibration avec le système développé par l'équipe de l'IJClab est supervisée par Giulia Hull, responsable du groupe détecteurs de l'IJClab. Le groupe prépare également activement la science et l'exploitation des données de CTA, pour les sources extra-galactiques et galactiques. Concernant les sources galactiques, le groupe étudie en particulier les PeVatrons. En effet, l'observation de rayons gammas de haute énergie peut indiquer l'accélération des particules chargées jusqu'aux énergies de PeV ainsi contribuant à la grande question sur l'origine des rayons cosmiques. L'analyse des données multi-longueurs d'onde combinées à des données de CTA pourront contribuer à résoudre la question sur l'origine des rayons cosmiques. Le travail de thèse proposé comprend plusieurs volées parmi lesquels l'étudiant pourra choisir selon ses intérêts : Participation à la mise en oeuvre et à l'analyse de données du système d'étalonnage de NectarCam ; Analyse des premières données du télescope MST ; Etudes des sources galactiques, en particulier des PeVatrons ; Etude multi-longueur d'onde en utilisant des données CTA (simulée ou mesurée). L'étudiant sera membre de la collaboration CTA. Elle/il travaillera au sein du groupe CTA de l'IJClab et participera aux groupes de travail internationaux de CTA sur ses sujets d'étude.

The Cherenkov Telescope Array (CTA) is the next-generation worldwide gamma-ray astronomy facility. The CTA Observatory is composed of the large- (23m diameter, LST), medium- (12m diameter, MST), and small-size (4m diameter, SST) Cherenkov telescope arrays that will be located in La Palma, Canary Islands, and on the ESO site in Paranal, Chile. With its unprecedented sensitivity, its arcminute angular resolution, an excellent energy resolution, and a wide energy coverage from 30 GeV to 300 TeV, CTA promises a major leap forward in our understanding of cosmic accelerators. The CTA science case addresses several of the key questions of astroparticle physics. CTA will conduct a census of particle acceleration in the universe, including the survey of a quarter of the extragalactic sky, a full Galactic-plane survey, and a mapping of the Large Magellanic Cloud. Besides surveys, Key Science Projects (KSP) are focused on transients, acceleration up to PeV energies in our own Galaxy (PeVatrons), active galactic nuclei, and star-forming systems on a wide range of scales. CTA will also study the nature of ultimate matter and physics beyond the Standard Model, and search for signatures for dark matter. The IJClab CTA team contributes to the NectarCAM project. NectarCAM is a camera proposed to equip the medium-size telescopes of CTA. The group is responsible for the design and production of the single photo-electron calibration system and reflective target of NectarCAM, the technical developments being co-supervised by Giulia Hull, head of the the Particle Detectors group of IJCLab. The IJCLab group is also actively involved in the development of the scientific preparation for and exploitation of CTA capabilities, both for extragalactic and Galactic sources. Concerning Galactic sources, the group studies in particular Galactic Pevatrons. Observations of high-energy gamma rays can indirectly indicate acceleration of charged cosmic rays up to PeV energies fostering fruitful insights to the search of the sources of cosmic rays. The proposed thesis work, includes several topics from which the student can choose following her/his interest : Participation to the R&D effort and to the analysis of the data of the NectarCam calibration system ; Analysis of the first data of the MST telescope ; Analysis of simulated data and study of CTA performance ; Study of galactic sources, in particular PeVatrons ; Multi-wavelength studies by using CTA data (measured or simulated). The student will be member of the international CTA collaboration. She/he will work in the IJCLab CTA group and participate to international CTA Working Groups of her/his research topics.