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Fiche détaillée Thèses
Université Paris-Diderot - Paris VII (27/09/2002), Grenier Isabelle (Dir.)
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Calorimetrie et recherche de sources en astronomie gamma spatiale
Régis Terrier1

Le télescope spatial GLAST dont le décollage est prévu pour 2006 est destiné à l'astronomie gamma de haute énergie (de 30 MeV à 300 GeV). Il améliore d'un facteur 20 la sensibilité de son prédécesseur EGRET, et couvre un domaine d'énergie plus large. Le nombre de sources attendues pourrait s'élever jusqu'à dix mille.
L'utilisation d'un calorimètre segmenté longitudinalement et transversalement permet de mesurer l'énergie et la position des gerbes avec une bonne précision, malgré sa faible épaisseur. A partir de simulations et de tests sur faisceau, nous avons mis au point des méthodes de reconstruction adaptées aux divers domaines d'énergie et d'angle d'incidence : correction des pertes dans la matière passive du trajectographe, correction de fuites longitudinale, et ajustement de profil de gerbe. Les performances obtenues sont détaillées. Nous détaillons aussi la mesure de position dans un calorimètre segmenté et mettons en évidence un certain nombre de biais de mesure.
D'autre part, la forte augmentation du nombre de sources attendues et la possibilité d'observer des objets étendus motivent la mise au point de méthodes d'analyse plus efficaces que celles à base de maximum de vraisemblance utilisées actuellement. Nous proposons une méthode fondée sur l'analyse en ondelettes adaptée à la recherche de source sur un fond brillant et hautement structuré. La statistique des tranformées en ondelettes du fond est détaillée. La méthode a été testée sur les données d'EGRET et nous discutons son application à GLAST.
Enfin, nous proposons et discutons l'utilisation de GLAST comme télescope à électrons cosmiques de très haute énergie (de quelques centaines de GeV à quelques TeV). Nous discutons en particulier les implications d'une telle mesure vis-à-vis de la production d'électrons dans les restes de supernovae proches et de leur propagation dans le milieu interstellaire. Plusieurs modèles d'accélérations ont été envisagés au sein des restes connus au voisinage du Soleil.
1 :  PCC - Physique Corpusculaire et Cosmologie - Collège de France
Particules et noyaux dans l'univers – Rayonnement cosmique charge ou neutre

The Large Area Telescope (LAT), to be launched in 2006 on the GLAST space mission, will undertake gamma-ray astronomy in the energy range 30 MeV to 300 GeV. The LAT sky survey will have 20 times greater sensitivity, and broader energy coverage, than EGRET did. Projections from the EGRET results indicate that GLAST will detect thousands of sources. The calorimeter section of GLAST is segmented and layered, which permits shower profiles to be measured and good determinations of gamma-ray energies even when showers are not completely contained. Owing to the thinness of the calorimeter, shower leakage can be significant even at energies as low as 1 GeV. Using simulations and data from beam tests we developed reconstruction methods adapted to the various incident energies and angles including corrections for losses in the tracker and for longitudinal leakage. The resulting performance is described here. We also present position estimation in such a calorimeter and discuss some intrinsic biases. Because of the large number of sources, the need to monitor the data constantly for flaring sources, and the possibility to observe extended objects with the LAT, some innovative source detection methods are needed. We propose a method based on wavelet analysis, well adapted to the bright and highly structured background of diffuse gamma-ray emission from cosmic-ray interactions with interstellar gas and photons in the Milky Way. The wavelet transform statistic is detailed. This method has been tested on EGRET data and we discuss its application to GLAST. Finally, we propose to use GLAST as a very high energy (from a few hundred GeV to a few TeV) cosmic electron telescope. We discuss the importance of measuring the spectrum of the cosmic-ray electrons and detail the capabilities of GLAST. The classical approach to the origin of local electrons is criticized and a simple model of the acceleration and escape of electrons in supernovae remnants is presented.

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