A window on stochastic processes and gamma-ray cosmology through spectral and temporal studies of AGN observed with H.E.S.S.

Une fenêtre sur les processus stochastiques et la cosmologie gamma à travers les études spectrales et temporelles d'AGN observés par H.E.S.S.

Jonathan Biteau (1)

1 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet

Fifty years after the discovery that quasars are extragalactic sources, their bright cores (AGN) and the jets that some of them exhibit still have plenty of secrets to share, particularly through observations in the gamma-ray band. Above 100 GeV, Cherenkov telescopes such as H.E.S.S. have detected 50 AGN, mostly blazars, objects whose jets are pointed toward the observer. The detection of two faint ones, 1ES 1312-423 and SHBL J001355.9-185406, is described in this thesis. Their multiwavelength spectra are reproduced with a synchrotron self-Compton model. The γ rays emitted by blazars are partly absorbed by the extragalactic background light (EBL), the second most intense cosmological background, which carries the integrated history of star formation. The first detection of this absorption above 100 GeV is performed, enabling the measurement of the EBL peak-amplitude in the optical band at the 20% level. In addition to these spectral studies, the fast flux-variations of blazars are investigated using the outbursts of PKS 2155-304 seen by H.E.S.S.. The observation of a skewed flux distribution and of an R.M.S.-flux correlation are interpreted within a kinematic model, where the emission is a realization of a stochastic process.

Cinquante ans après la découverte de l'origine extragalactique des quasars, leurs noyaux (AGN) et les jets qu'ils montrent parfois nous réservent encore des surprises, en particulier dans le domaine des rayons gamma. Au dessus de 100 GeV, les télescopes Cherenkov tels que H.E.S.S. ont détecté plus de 50 AGN, principalement des blazars, objets dont le jet pointe vers l'observateur. La détection de deux d'entre eux, 1ES 1312-423 et SHBL J001355.9-185406, est décrite dans cette thèse. Leurs spectres multi longueurs d'onde sont ajustés par un modèle synchrotron self-Compton. Les rayons gamma émis par les blazars sont en partie absorbés par la lumière de fond extragalactique (EBL), deuxième composante cosmologique diffuse la plus intense, qui contient l'histoire intégrée de la formation d'étoiles. La première détection de cette absorption au dessus de 100 GeV est réalisée, conduisant à la mesure de l'amplitude du pic optique de l'EBL à 20% près. Finalement, les variations extrêmes du flux des blazars sont étudiées à l'aide des éruptions de PKS 2155-304 vues par H.E.S.S.. L'observation d'une distribution de flux hautement asymétrique et d'une corrélation R.M.S.-flux sont expliquées dans le cadre d'un modèle cinématique, où l'émission observée est une réalisation d'un processus stochastique.

Mots clés: High energy astrophysics; gamma-ray astronomy: H.E.S.S.; Active galactic nuclei: blazars; Cosmology: EBL; Variability: stochastic process

Mots clés: Astrophysique des hautes énergies; Astronomie gamma : H.E.S.S.; Noyaux actifs de galaxie : blazars; Cosmologie : EBL; Variabilité : processus stochastique

Domaines: Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]; Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]

Jonathan Biteau. A window on stochastic processes and gamma-ray cosmology through spectral and temporal studies of AGN observed with H.E.S.S.. High Energy Astrophysical Phenomena [astro-ph.HE]. Ecole Polytechnique X, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00822242⟩