Recherche de photons pulsés au-dessus de 30 GeV dans le pulsar du Crabe et PSR B1951+32 avec le détecteur Tchérenkov atmosphérique CELESTE
Résumé
Based on the reconversion of the solar power plant THEMIS (French Pyrenees) into a telescope for gamma ray astronomy, CELESTE is the first experiment to explore the spectrum between 10 GeV and 300 GeV and thus to connect satellite domain to that of ground based imaging telescopes. This energy range is particularly important for pulsar studies. Indeed, none of the six high energy pulsars detected by EGRET has been detected at ground level. Two ideal models aim to explain the observed cutoff in the spectra between 1 and 100 GeV: Polar Cap and Outer Gap. Those differ however in several points and a detection in this energy range would give information to clear up the situation. This thesis is the first work dedicated to pulsar study with CELESTE, and more specifically for two candidates: the Crab pulsar and PSR B1951+32. The search for a pulsed signal signal implies an analysis somewhat different from that developed for the steady sources. The first step was to adapt the barycentric dating procedure to pulsars to CELESTE. Next, a dedicated analysis was developed to preserve low energy where a possible signal is expected. Thus, combining the assets of previous analysis and the characteristics of electromagnetic and hadronic showers below 50 GeV, specific background rejection criteria have been established and applied to the data. The results primarily lie in the establishment of new upper limits for the energy cutoff for the two observed pulsars. While those are insufficient to strongly constrain models, they are the first measurements in this energy range, and thus remain of special interest for the physics of these objects. However, an excess is observed on Crab data but with an insufficient significance. As this indication of modulation exhibits the expected properties, it was expressed as a flux for the hypothesis of a pulsed signal, then interpreted. If new observations come to confirm this excess, the present work would be the first detection around 30 GeV. In such a case, the Polar Cap model could be called into question.
Basée sur la reconversion de la centrale solaire THEMIS (Pyrénées Orientales françaises) en télescope pour l'astronomie gamma, CELESTE est la première expérience à explorer le spectre électromagnétique entre 10 GeV et 300 GeV et à relier ainsi le domaine des satellites à celui des imageurs au sol. Ce domaine d'énergie est particulièrement important pour les pulsars. En effet, aucun des six pulsars gamma haute énergie détectés par EGRET n'a été détecté au sol. Deux modèles théoriques visent à expliquer la cassure des spectres observée entre 1 et 100 GeV : calotte polaire et cavité externe. Ceux-ci diffèrent toutefois en plusieurs points et une détection dans ce domaine d'énergie permettrait d'éclaircir la situation. Cette thèse regroupe les premiers travaux dédiés à l'étude des pulsars avec CELESTE, et plus particulièrement deux candidats : le pulsar du Crabe et PSR B1951+32. La recherche d'un signal pulsé sous-entend une analyse quelque peu différente de celle développée pour les sources continues. Une première étape a donc consisté en l'adaptation à CELESTE de la procédure de datation spécifique. Dans une seconde étape, l'objectif de ce travail a été de développer une analyse spécifique préservant les basses énergies où est attendu un éventuel signal. Ainsi, en se basant sur les acquis des analyses précédentes et sur les caractéristiques des gerbes électromagnétiques et hadroniques en dessous de 50 GeV, des critères de réjection particuliers ont pu être établis et appliqués aux données. Les résultats résident essentiellement dans l'établissement de nouvelle limites supérieures sur l'énergie de coupure basse des deux pulsars observés. Bien qu'insuffisants pour contraindre les modèles théoriques, ceux-ci restent d'un intérêt certain pour la physique de ces objets ne serait ce que parce qu'ils constituent les premières mesures réalisées dans cette gamme d'énergie. Un excès a malgré tout été observé sur le Crabe mais avec une significativité insuffisante. Cette indication de modulation présentant les propriétés attendues, elle a été traduite en terme de flux dans l'hypothèse d'un signal pulsé, puis interprétée. Si de nouvelles observations venaient a confirmer cet excès, il s'agirait de la première détection autour de 30 GeV et le modèle Polar Cap se verrait alors sérieusement remis en cause.
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