Phénomènes extragalactiques transitoires aux très hautes énergies avec H.E.S.S. et préparations pour le futur observatoire CTA

• Auteur / Autrice : Guillaume Grolleron
• Direction : Jean-Philippe Lenain
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de l'Univers
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 17/09/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• 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 : Laboratoire de Physique Nucléaire et des Hautes Energies
• Jury : Président / Présidente : Pascal Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Lenain, Oscar Blanch, Heide Costantini, Elisa Prandini, Tiina Suomijarvi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Oscar Blanch, Heide Costantini

Mots clés

Mots clés libres

Hess

Cta

Très hautes énergies

Phénomènes extragalactiques

Nag

NectarCAM

Hess

Cta

Very high energy

Extragalactic

Agn

NectarCAM

Résumé

Les noyaux actifs de galaxies (AGN) sont parmi les objets extragalactiques les plus énergétiques de l'univers. Les blazars sont des AGN avec un jet relativiste orienté vers l'observateur. Ce jet est composé de particules accélérées qui peuvent émettre sur l'ensemble du spectre électromagnétique. Les rayons gamma produits peuvent être étudiés grâce à l'astronomie Čerenkov. Le Čerenkov Telescope Array Observatory (CTAO) sera la prochaine génération de télescopes aux très hautes énergies, avec une sensibilité accrue d'un facteur de cinq à dix selon l'énergie par rapport à la génération actuelle de télescopes à imagerie Čerenkov atmosphériques.La NectarCAM sera la caméra qui équipera les neuf télescopes de taille moyenne du site nord de CTAO. Dans ce manuscrit, nous abordons, à travers la description de nectarchain, le développement du code de calibration de la NectarCAM. Nous étudions tout particulièrement la calibration du gain, avec deux méthodes distinctes que nous comparons. Nous menons aussi l'étude de l'optimisation de la méthode d'extraction du signal dans les pixels.Les blazars présentent une variabilité sur des échelles de temps multiples. On peut par exemple se concentrer sur le comportement à long terme, à savoir sur des échelles de temps allant du mois à la dizaine d'années. La sensibilité accrue de CTAO permettra de reconstruire plus finement qu'il n'est possible aujourd'hui la densité spectrale de puissance dans ces objets. Dans cette thèse, nous cherchons à quantifier cette hypothèse grâce à des simulations d'observations de CTAO pour les blazars listés dans les Key Science Projects AGN de CTAO. Des données réelles de H.E.S.S. sont aussi utilisées pour valider notre méthode d'analyse.La variabilité des blazars sur des échelles de temps plus courtes que la semaine est sondée lors de phénomènes transitoires éruptifs. Pour quantifier les perspectives futures de CTAO pour l'étude de ces éruptions, nous nous basons sur des modèles phénoménologiques, ajustés sur des éruptions marquantes de ces vingt dernières années.Nous simulons également des observations avec CTAO de ces modèles d'éruption. L'objectif est donc de quantifier les capacités de CTAO à détecter des évènements variables, ou bien encore à discriminer entre différents modèles d'émission, hadroniques ou leptoniques.Finalement, nous tentons aussi d'étudier les perspectives offertes par CTAO quant à la détection de périodicité dans l'émission gamma aux très hautes énergies d'un blazar.

Active galactic nuclei (AGN) are among the most energetic extragalactic objects in the universe. Blazars are AGN with a relativistic jet oriented towards the observer. This jet is composed of accelerated particles that canemit across the entire electromagnetic spectrum. The gamma rays produced can be studied through Čerenkov astronomy. The Čerenkov Telescope Array Observatory (CTAO) will be the next generation of telescopes operating at very high energies, with an increased sensitivity by a factor of five to ten depending on the energy compared to the current generation of imaging atmospheric Čerenkov telescopes.The NectarCAM will be the camera that equips the nine medium-sized telescopes of the northern CTAO site. In this manuscript, we address, through the description of nectarchain, the development of the calibration code for theNectarCAM. We particularly study gain calibration, with two distinct methods which we compare. We also studythe optimization of the signal extraction method in the pixels. Blazars exhibit variability on multiple timescales. For example, we can focus on long-term behavior, ranging from months to decades. The increased sensitivity of CTAO will allow for a more refined reconstruction of the power spectral density of these objects than is currently possible. In this thesis, we aim at quantifing this hypothesis through CTAO observation simulations for the blazars listed in the Key Science Projects AGN of CTAO. Real data from H.E.S.S. are also used to validate our analysis method.Blazar variability on timescales shorter than a week is probed during eruptive transient phenomena. To quantify the future prospects of CTAO for studying these eruptions, we rely on phenomenological models, adjusted to significant eruptions of the past twenty years. Here again, we simulate CTAO observations of these eruption models. The objective is to quantify the capabilities of CTAO to detect variability, or to discriminate between different emission models, hadronic or leptonic. Finally, we also attempt to study the prospects offered by CTAO for detecting periodicity in the very high energy gamma rays emission of a blazar.