Comprendre les accélérateurs galactiques avec les premières donnéesscientifiques et à la mise en service des premiers télescopes del'observatoire CTA

Understanding Galactic accelerators with early science data andcommissioning of the first telescopes of the CTA observatory

• Auteur / Autrice : Alessandra Briscioli
• Direction : Heide Costantini, Fabio Acero
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
• Date : Inscription en doctorat le 21/08/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Astrophysique gamma

PeVatrons

Ctao

Gamma astrophysics

PeVatrons

Ctao

Résumé

Le CTA (Cherenkov Telescope Array) est un projet mondial visant à construire la prochaine génération d'instruments terrestres de détection des rayons gamma de très haute énergie. L'observatoire détectera des rayons gamma d'une énergie comprise entre 20 GeV et 300 TeV en produisant des images de la lumière Cherenkov émise par la pluie de particules chargées produite par l'interaction du rayon gamma primaire dans la haute atmosphère. Les capacités non conventionnelles du CTA permettront de répondre, entre autres, à la question intrigante de l'origine des rayons cosmiques galactiques de très haute énergie par la recherche de sources galactiques capables d'accélérer les rayons cosmiques jusqu'aux énergies PeV, appelées PeVatrons. La construction de l'observatoire du CTA a commencé et un premier télescope de grande taille (LST-1) est déjà installé et prend des données à La Palma. et prend des données à La Palma. Trois autres télescopes LST et un télescope de taille moyenne (MST) seront installés dans les 1 à 2 prochaines années. La caméra du premier télescope MST à La Palma (NectarCAM) est entièrement équipée et devrait être installée sur la structure en 2025. Le projet de thèse sera divisé en deux parties. Une première partie sera consacrée à la préparation de la mise en service de NectarCAM et aux mesures de vérification scientifique de la nébuleuse du Crabe qui est la source d'étalonnage standard pour les observations de rayons gamma de très haute énergie. À cette fin, le candidat effectuera une simulation complète de l'observation qui consiste en une douche de particules et un télescope. consiste en des simulations Monte Carlo de la pluie de particules et du télescope. Pour l'analyse des données de la simulation et des données du ciel, le pipeline officiel dataPipe de l'Observatoire du CTA sera utilisé. L'objectif principal de cette partie sera de prédire les performances attendues du télescope MST dans la détection du Crabe et de préparer l'analyse des données sur le ciel. La deuxième partie du projet de doctorat se concentrera sur l'analyse des données de la prochaine campagne d'observation du LST-1 des sources PeVatron détectées par LHAASO. Certaines de ces sources ne sont pas identifiées et n'ont pas de contrepartie à très haute énergie. haute énergie. Même si LST-1 ne peut pas atteindre une sensibilité suffisante pour accéder aux énergies supérieures à 10-50 TeV, il devrait être capable de détecter certaines d'entre elles dans la région d'énergie 100 GeV-10 TeV pour la première fois ou de fournir des limites supérieures rigoureuses contribuant de manière significative à la compréhension de ces sources intrigantes. Une extension possible de la mesure pourrait consister à observer la source à un grand angle zénithal afin de maximiser l'efficacité de la détection à très haute énergie. Cela permettrait d'explorer la région d'énergie supérieure à 10 TeV et d'étendre à des énergies plus élevées l'étude de la morphologie dépendant de l'énergie pour comprendre la nature de la source. Le projet comprendra la participation à la campagne d'observation LST-1 avec des séjours de quatre semaines à l'observatoire Roque de los Muchachos à La Palma. Le groupe CTA du CPPM travaille depuis plusieurs années à la construction de la caméra NectarCAM pour le MST et à la construction et la mise en service du télescope LST-1. Le groupe travaille également sur les études préparatoires pour la recherche des PeVatrons galactiques avec CTA et dirige la campagne d'observation avec LST-1 et MAGIC du SNR G106.3-2, qui est l'une des sources LHAASO du PeVatron.

The CTA (Cherenkov Telescope Array) is a worldwide project to construct the next generation ground based very high energy gamma ray instrument. The observatory will detect gamma-rays with energy ranging from 20 GeV up to 300 TeV by imaging the Cherenkov light emitted from the charged particle shower produced by the interaction of the primary gamma ray in the upper atmosphere. The unconventional capabilities of CTA will address, among others, the intriguing question of the origin of the very high energy galactic cosmic rays by the search for galactic sources capable of accelerating cosmic rays up to the PeV energies, called PeVatrons. The construction of the CTA observatory has started and a first Large-Sized Telescope (LST-1) is already installed and taking data in La Palma. Three more LST telescopes and one Medium-Sized Telescope (MST) will be installed in the next 1-2 years. The camera of the first MST telescope on La Palma (NectarCAM) is fully equipped and should be installed on the structure in 2025. The PhD project will be divided in two parts. A first part will be devoted to the preparation of the commissioning of NectarCAM and science verification measurements of the Crab nebula which is the standard calibration source for very high energy gamma-ray observations. To this end the candidate will perform the full simulation of the observation that consists in particle shower and telescope Monte Carlo simulations. For the data analysis of both simulation and on sky data the official dataPipe pipeline of the CTA Observatory will be used. The main goal of this part will be to predict the expected performance of the MST telescope in detecting the Crab and prepare the data analysis of on-sky data. The second part of the PhD project will be focused on the analysis of the data of the coming observation campaign of LST-1 of PeVatron sources detected by LHAASO. Some of these sources are unidentified with no very high energy counterpart. Even if LST-1 cannot reach enough sensitivity to access energies above 10-50 TeV, it should be able to detect some of them in the 100 GeV-10 TeV energy region for the first time or to provide stringent upper limits contributing significantly to the understanding of these intriguing sources. A possible extension of the measurement could be to observe the source at large zenith angle maximizing the detection efficiency at very high energy. The latter would allow to explore the energy region above 10 TeV and to extend to higher energies the study of energy dependent morphology to understand the nature of the source. The project will include the participation to the LST-1 observation campaign with stays of four weeks in the Roque de los Muchachos Observatory in La Palma. The CPPM CTA group works since several years both in the building of the NectarCAM camera for MST and in the building and commissioning of the LST-1 telescope. The group also works on the preparatory studies for the research of galactic PeVatrons with CTA and is leading the observation campaign with LST-1 and MAGIC of SNR G106.3-2, which is one of the PeVatron LHAASO sources.