Le centre Galactique aux très hautes énergiesModélisation de l’émission diffuse et premiers éléments d’analyse spectro-morphologique

Autor: Jouvin, Lea
Přispěvatelé: Jouvin, Léa, Institut de Física d’Altes Energies [Barcelone] (IFAE), Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Université Paris Diderot (Paris 7), Laboratoire APC, Régis Terrier et Anne Lemière
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]. Université Paris Diderot (Paris 7); Laboratoire APC, 2017. Français
Popis: The Galactic center (GC) is a very rich and complex astrophysical region. The high supernovae (SN) rateassociated with the strong massive star formation should create a sustained cosmic rays (CR) injection in the GC via theshocks they produce. This region also harbors a Super-Massive Black Hole (SMBH) of 4 × 10 6 Msun , named Sgr A*. Since ithas been argued that the SMBH might also accelerate particles up to very high energies (VHE), its current and past activitycould contribute to the CR population. In 2006, the H.E.S.S. collaboration revealed the presence of a VHE diffuse emissionin the inner 100 pc of the Galaxy in close correlation with the molecular matter spread in the central molecular zone (CMZ).A major part of this emission is thus certainly of hadronic origin but it still remains mysterious. We report a new detailedspectral and morphological analysis of this region using 10 years of H.E.S.S. observations as well as a detailed modelling of theγ-ray emission induced by the SNe. We study the impact of the spatial and temporal distribution of SNe in the CMZ on theVHE emission morphology and spectrum: we built a 3D model of VHE CR injection and diffusive propagation with a realisticgas distribution. The contribution of SNe can not be neglected. We show that a peaked γ-ray profile and CR excess towardsthe GC, can be obtained using realistic SN spatial distribution taking into account the central massive star clusters. A strongdependence on the morphology of the emission with the energy is expected in this scenario. The CR density profile can alsobe reproduced by a unique stationary injection at the center by Sgr A* but it implies a stable morphology across the energyrange. To distinguish the models, we need a 3D analysis. We present the first results of this analysis that we started to designin the software Gammapy to simultaneously fit a spectral and morphological model to the data. The observations of complexmorphological regions with diffuse emission or multiple sources will become more and more numerous with the next generationinstruments such as the Cherenkov Telescope Array. They will also require the development of this technique. We detail thefirst validations of this method on point sources using a Monte Carlo tool. For the ridge emission, we report the new spectrumusing a method that we developed for the classical spectral fitting necessary for faint emission. By using new spatial templatesto describe the complexity of the diffuse emission, we perform a morphological analysis in different energy bands independently.No significant variation is found but more observations are needed to give a conclusive statement as well as a real 3D analysisin the GC region. The observations of CTA will allow to give precise answers to these questions.
Le centre Galactique (GC) est une région très riche et complexe. Le taux de supernovae (SN) associé à la for-mation d’étoiles massives y est très élevée et devrait créer une injection continue de rayons cosmiques (CRs) dans le GC àtravers les chocs qu’elles produisent. Cette région abrite également un trou noir supermassif (SMBH) de 4 × 10 6 Msolaire , nomméSgr A*. De nombreux arguments ont permis de montrer que le SMBH pouvait accélérer des particules à très haute énergie(VHE); son activité actuelle et passée pourrait donc également contribuer à la population de CRs. En 2006, la collaborationH.E.S.S. a révélé la présence d’une émission diffuse à VHE dans les 100 pc centraux de la Galaxie, très corrélée à la distributionde matière moléculaire répartie dans la zone moléculaire centrale (CMZ). Une partie importante de cette émission a donc trèsprobablement une origine hadronique mais celle-ci reste toujours inconnue. Nous présentons une nouvelle analyse spectrale etmorphologique détaillée de la région en utilisant 10 ans de prise de données de H.E.S.S. ainsi qu’une modélisation de l’émissionγ induite par les SNe. Nous étudions l’impact de la distribution temporelle et spatiale des SNe dans le CMZ sur la morphologieet le spectre de l’émission: nous construisons un model 3D d’injection de CRs à VHE et d’une propagation diffusive dans larégion avec une distribution de gaz réaliste. La contribution des SNe ne peut pas être négligée. Nous montrons qu’un profilpiqué de rayon γ ainsi qu’un excès de CRs vers le GC peuvent être obtenus en utilisant une distribution spatiale réaliste de SNeprenant en compte les amas d’étoiles massives centraux. La morphologie de l’émission est très dépendante de l’énergie dans cescénario. Le profil de densité de CRs peut également être reproduit avec une injection stationnaire unique au centre par Sgr A*mais cela implique alors une morphologie stable en énergie. L’utilisation d’une analyse 3D est donc nécessaire pour distinguerles modèles. Nous présentons les premiers résultats de cette analyse que nous avons développé dans la librairie Gammapyafin d’ajuster simultanément un spectre et une morphologie sur des données. Avec la prochaine génération d’instrumentscomme le Cherenkov Telescope Array, les observations de régions avec une morphologie complexe, avec une émission diffuseou de multiples sources, vont devenir de plus en plus nombreuses. Elles nécessitent donc également le développement de cettetechnique. Nous détaillons les premières validations de cette méthode appliquée sur des sources ponctuelles avec un outilMonte Carlo. Pour l’émission diffuse, nous présentons le nouveau spectre obtenu en utilisant une méthode que nous avonsdéveloppée pour l’extraction spectrale 1D classique. Nous réalisons par ailleurs une analyse morphologique dans différentesbandes en énergie indépendantes en utilisant de nouveaux modèles spatiaux. Pour l’instant, aucune variation significativen’est détectée mais des observations supplémentaires sont nécessaires ainsi qu’une vraie analyse 3D de la région du GC pourpouvoir donner une conclusion définitive. Les observations de CTA permettront de donner des réponses précises à ces questions.
Databáze: OpenAIRE
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