Dissertations / Theses: 'Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena'

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Tatischeff, Vincent. "Quelques perspectives en astrophysique nucléaire des phénomènes non thermiques." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795991.

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Abstract:

A côté des processus de réactions thermonucléaires à l'œuvre dans les étoiles, ainsi que dans l'Univers primordial, les études de réactions nucléaires non thermiques induites par des particules accélérées dans divers sites astrophysiques occupent une place grandissante dans les préoccupations de l'astrophysique nucléaire. Des populations d'ions et d'électrons accélérés sont vraisemblablement produites dans de nombreux objets astrophysiques : à la surface du soleil et de toutes les étoiles de type solaire, à la limite de l'héliosphère, dans les vents soufflés par les étoiles massives, dans les ondes de choc générées par les explosions stellaires, au voisinage d'étoiles à neutrons et de trous noirs accrétant de la matière, dans les amas de galaxies etc. Les divers phénomènes non thermiques induits par ces particules peuvent nous fournir des informations de grande valeur pour comprendre la physique de ces objets. Ils nous renseignent également sur certaines propriétés du milieu interstellaire de notre galaxie, ou encore sur les conditions dans lesquelles le système solaire s'est formé. Ce mémoire discute en particulier de l'accélération de particules dans les ondes de choc des explosions stellaires, des phénomènes nucléaires associés aux éruptions des étoiles, dont le soleil, de certains effets des rayons cosmiques non relativistes sur le milieu interstellaire, ainsi que de l'origine des radioactivités de courte période dans le système solaire primitif.

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Murase, Kota. "High-Energy Phenomena in Extreme Astrophysical Objects and the Origin of High-Energy Cosmic Rays." 京都大学 (Kyoto University), 2010. http://hdl.handle.net/2433/120655.

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Maurin, David. "Rayonnement cosmique et détection indirecte de matière noire." Habilitation à diriger des recherches, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00880159.

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Abstract:

Ce document est constitué de deux parties et de deux annexes . Dans le chap. 1, je parle de la composante nucléaire du rayonnement cosmique galactique, des enjeux astrophysiques et ceux reliés à la matière noire. Le chap. 2 est consacré à l'étude des émissions gamma dues à l'annihilation de matière noire. Le fil conducteur est la recherche indirecte de matière noire, qui passe par la maîtrise du signal et des fonds astrophysiques. Chaque partie propose une introduction du sujet, un état des lieux, une compilation des résultats obtenus et quelques perspectives et directions de recherches à développer pour les années à venir. La conclusion générale revient sur le lien et la complémentarité des particules chargés et neutres et l'articulation de ces deux messagers pour de futures études hors de la Galaxie. L'annexe A présente quelques outils développés utilisés pour ces études et qui ont été rendus publics. L'annexe B, un peu plus personnelle, revient sur mon parcours, mon CV et le rôle que j'ai pu avoir dans l'encadrement d'étudiants de master et de thèse et dans l'animation scientifique.

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de, Naurois Mathieu. "L'astronomie gamma de très haute énergie de H.E.S.S. à CTA. Ouverture d'une nouvelle fenêtre astronomique sur l'Univers non thermique." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00687872.

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Abstract:

Les dix dernières années ont été marquées par l'arrivée à maturité de la technique d'imagerie Cherenkov atmosphérique, ce qui a permis, notamment grâce au réseau de télescopes HESS, l'ouverture d'une nouvelle fenêtre sur l'Univers non thermique. Ce mémoire d'habilitation retrace dix années de recherche en Astronomie Gamma de Très Haute énergie avec HESS puis CTA. Les aspects techniques tels que la conception de l'instrument, son calibrage, la reconstruction des événements et l'analyse de données sont présentées dans une première partie, tandis que la seconde brosse un panorama des grandes découvertes dans ce domaine.

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Biteau, Jonathan. "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." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00822242.

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Abstract:

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.

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Hascoet, Romain. "Modélisation des sursauts gamma et de leurs rémanences à l'ère des satellites Swift et Fermi." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00903730.

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Abstract:

Les sursauts gamma sont de brefs (' 10 ms-100 s) flashs de photons gamma (keV-MeV), très intenses et très variables. Ils sont suivis d'une émission rémanente, détectée des rayons X à l'optique et aux ondes radio, qui décroît rapidement pour s'éteindre en quelques jours ou semaines. Leur luminosité extrême permet de les détecter jusqu'aux distances cosmologiques (au moins jusqu'à un décalage vers le rouge de 9). Ils sont associés à des jets ultra-relativistes éjectés par une source compacte nouvellement formée. Le sursaut est émis par des processus internes au jet et la rémanence est due au freinage par le milieu environnant. Le satellite Swift, lancé en 2004, a fait progresser notre connaissance de la phase rémanente (en particulier précoce), tandis que le satellite Fermi, lancé en 2008, a ouvert une nouvelle fenêtre spectrale à haute énergie (au dessus de 100 MeV). Mes travaux s'inscrivent dans le contexte de ces avancées observationnelles, dont certaines remettent en cause le " modèle standard " des sursauts gamma établi au cours des années 90. J'ai développé les outils numériques nécessaires pour modéliser de manière cohérente l'ensemble des phases d'émission du jet relativiste depuis sa photosphère jusqu'à sa décélération. A l'aide de ces outils j'ai obtenu plusieurs résultats qui contribuent à une meilleure compréhension de la physique des sursauts. Concernant le sursaut proprement dit, j'ai développé une approche nouvelle pour calculer précisément l'opacité vue par un photon de haute énergie se propageant dans un jet ultra-relativiste. Ceci m'a permis d'obtenir des contraintes importantes sur les conditions physiques dans le jet à partir des résultats de Fermi (facteur de Lorentz en particulier). Je me suis également attaché à identifier des signatures observationnelles permettant de discriminer entre différents modèles d'émission : signatures spectrales (émission optique et gamma de haute énergie, composante thermique) et temporelles (transition avec la rémanence). En ce qui concerne la rémanence, j'ai poursuivi le développement d'un modèle alternatif - le modèle du " choc en retour " - récemment proposé pour expliquer la complexité phénoménologique révélée par Swift. Portant sur les propriétés génériques de la rémanence, mais également sur quelques sursauts singuliers, mes travaux montrent que ce modèle du choc en retour explique plus naturellement que le modèle standard la diversité des comportements observés.

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Charif, M. C. "Recherche indirecte de la matière noire avec le télescope ANTARES." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975918.

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Abstract:

L'un des problèmes les plus intéressants de la physique moderne est celui de la matière noire de l'Univers, qui reste de nature insaisissable. L'existence de la matière noire est inférée par des preuves indirectes telles que les mesures des courbes de rotation des galaxies, des dispersions de vitesse des galaxies dans les amas galactiques et les effets de lentille gravitationnelle. Ces observations fournissent des preuves sur l'existence d'une matière invisible dominant notre Univers. Il n'existe cependant aucune indication claire sur sa nature. Les observations actuelles en font le constituant dominant de l'Univers, par opposition à la matière baryonique "normale". Deux solutions sont proposées pour résoudre ce mystère. La première est basée sur une modification de la loi de la gravité comme dans la dynamique newtonienne modifiée qui pourrait expliquer les divergences entre prédictions et observations de la dynamique des masses dans l'Univers. L'autre idée consiste à proposer l'existence d'une nouvelle particule massive qui n'interagit pas avec la lumière (appelée WIMP pour "Weakly Interactive Massive Particle"), mais pouvant influencer la matière lumineuse par gravité. Plusieurs théories proposent l'existence de telles nouvelles particules. La plus célèbre de ces théories est la supersymétrie, qui est une extension du Modèle Standard de la Physique des Particules. Si l'un des partenaires supersymétriques des bosons neutres est une particule stable et le plus léger de tous les superpartenaires, il devient alors un candidat idéal pour la matière noire. La supersymétrie est en général le cadre le plus favorable pour l'existence de la matière noire.

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Gabici, Stefano. "Gamma ray astronomy and the origin of galactic cosmic rays." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719791.

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Abstract:

Diffusive shock acceleration operating at expanding supernova remnant shells is by far the most popular model for the origin of galactic cosmic rays. Despite the general consensus received by the model, an unambiguous and conclusive proof of the supernova remnant hypothesis is still missing. In this context, the recent developments in gamma ray astronomy provide us with precious insights into the problem of the origin of galactic cosmic rays, since production of gamma rays is expected both during the acceleration of cosmic rays at supernova remnant shocks and during their subsequent propagation in the interstellar medium. In particular, the recent detection of a number of supernova remnants at TeV energies nicely fits with the model, but it still does not constitute a conclusive proof of it, mainly due to the difficulty of disentangling the hadronic and leptonic contributions to the observed gamma ray emission. The main goal of my research is to search for an unambiguous and conclusive observational test for proving (or disproving) the idea that supernova remnants are the sources of galactic cosmic rays with energies up to (at least) the cosmic ray knee. Our present comprehension of the mechanisms of particle acceleration at shocks and of the propagation of cosmic rays in turbulent magnetic fields encourages beliefs that such a conclusive test might come from future observations of supernova remnants and of the Galaxy in the almost unexplored domain of multi-TeV gamma rays.

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Garrido, Xavier. "Étude de la composition des rayons cosmiques d'ultra-hautes énergies détectés par l'Observatoire Pierre Auger et analyse des processus hadroniques." Phd thesis, Nantes, 2008. http://www.theses.fr/2008NANT2047.

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Torres, Machado Diego. "Radio détection des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie : mise en oeuvre et analyse des données d'un réseau de stations autonomes." Phd thesis, Université de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975738.

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Abstract:

Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie sont les messagers des phénomènes les plus cataclysmiques ayant lieu dans l'Univers. L'énergie portée par ces particules peut atteindre quelques dizaines de Joules et est dissipée dans l'atmosphère terrestre sous forme d'une avalanche de particules secondaires. Les questions portant sur leur origine et leur propagation sont toujours au coeur du débat car elles n'ont toujours pas de réponse définitive. CODALEMA est la pionnière des expériences modernes de détection indirecte des rayons cosmiques à travers l'émission radio des particules chargées de la gerbe. Cette recherche est motivée par la possibilité de caractériser entièrement le rayon cosmique primaire avec des antennes sensibles aux ondes électromagnétiques dans la bande décamétrique, et nettement moins coûteuses que les instruments disponibles actuellement. Ce manuscrit présente les résultats de 3 années consacrées à la mise en opération et l'analyse de données d'un réseau de stations autonomes, qui composent la dernière configuration de CODALEMA. L'étude du bruit de fond a révélé une sensibilité des stations face aux interférences radio d'origine humaine. Des méthodes de réjection de ce bruit ont été développées dans le but de les incorporer dans les prochains circuits électroniques de sélection de signaux transitoires. Les premières données ont montré que la mesure des deux polarisations horizontales du champ électrique est indispensable pour distinguer les mécanismes d'émission radio. De même, une nouvelle paramétrisation de la distribution latérale du champ électrique est discutée.

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Revenu, Benoît. "Rayons cosmiques d'ultra-haute énergie : analyse des gerbes atmosphériques et de leur signal radio dans le domaine du MHz." Habilitation à diriger des recherches, Université de Nantes, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00814988.

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Abstract:

Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie forment un sujet d'astroparticules très actif car nos connaissances dans ce domaine sont encore loin d'être complètes. Par exemple, ni la nature ni les sources de ces particules ne sont clairement identi- fiées. Le seul fait expérimental bien établi à ce jour est l'existence d'une coupure dans le flux en énergie, autour de 4 × 1019 eV, en bon accord avec la coupure prédite par Greisen-Zatsepin-Kuzmin, comme conséquence de l'interaction des rayons cosmiques avec le rayonnement de fond cosmologique, aux énergies les plus hautes. Concernant les sources, seule une statistique accrue peut éventuellement résoudre l'énigme et il faudra probablement attendre une prochaine génération d'expériences, proposant une surface de collection encore plus grande que celles actuellement en cours d'acquisition, comme l'Observatoire Pierre Auger ou Telescope Array. Avant d'augmenter la statis- tique, une bonne connaissance à la fois de l'énergie du rayon cosmique et de sa nature aidera à comprendre les mécanismes opérant à leurs sources. Concernant l'identification de la nature du rayon cosmique, des améliorations des détecteurs actuels sont en cours ou envisagées. Elles devraient permettre de mesurer certaines composantes spécifiques des gerbes atmosphériques comme par exemple la contribution électromagnétique, via le champ électrique émis par les électrons et positrons secondaires. Je présente dans cette HDR une revue des résultats actuels concernant le thème des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie. Après avoir présenté quelques résultats sur le mécanisme de Fermi pour accélérer les rayons cosmiques, j'aborde en particulier la re- construction des gerbes atmosphériques détectées par le réseau de surface de l'Observa- toire Pierre Auger ainsi que la recherche des sources, basée sur la connaissance fine de la couverture du ciel, impliquant une maîtrise des performances du détecteur. Je traite également en détails le signal radio émis par les électrons et positrons secondaires des gerbes, dans le domaine du MHz. Ce signal est étudié depuis le milieu des années 1960 mais la technologie n'en permet une exploitation complète que depuis les années 2000. Je propose un état des lieux de nos connaissances à travers les résultats des expériences actuelles 1 dans ce domaine. Les données montrent que le champ électrique est princi- palement dû à l'influence du champ magnétique terrestre agissant sur les électrons et positrons mais plus récemment, la contribution due à l'excès l'électrons semble appa- raître dans les données. Enfin, je présente nos dernières avancées dans le domaine de la simulation du champ électrique, avec notamment la prédiction d'un signal nouveau, produit par la disparition de la gerbe atmosphérique lors de son absorption dans le sol.

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De, Jong Sandra. "Accretion processes of radio galaxies at high energies." Phd thesis, Observatoire de Paris, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00914365.

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Abstract:

Les NAG (Active galactic nuclei, ou noyaux actifs de galaxie) sont des noyaux galactiques lumineux (L>10^42 erg/s) au centre desquels se trouve un trou noir super massif. Leur énergie lumineuse est libérée lors de l'accrétion sur ce trou noir, soit via un disque d'accrétion, soit via un flux d'accrétion relativement inefficace. Certaines questions, notamment concernant l'origine des jets dans environ 10 % des NAG, n'ont pas encore de réponse. Le Fermi/LAT gamma-ray survey a soulevé une nouvelle question lorsqu'il a détecté un petit groupe de radio galaxies en addition à de nombreux blazars. Les radio galaxies sont séparées en deux catégories en fonction du de la luminosité de leurs jets dans le domaine radio. La catégorie Fanaroff-Riley I (FR-I) rassemble les sources dont les jets sont brillants près du noyau, tandis que les jets des sources de la catégorie FR-II sont brillants aux extrémités. Les sources FR-I sont apparentées aux BL Lacs, blazars de faible luminosité. Les FSRQ, blazars de forte luminosité, sont probablement enfantés par les sources de type FR-II. Cette thèse présente une étude de radio galaxies lumineuses dans le domaine gamma. Nous avons étudié deux exemples de ce nouveau type de sources en analysant des données X et gamma et en créant des distributions spectrales d'énergie (SED) large-bande. Pour 3C 111, de type FR -II, nous avons analysé des observations de Suzaku/XIS et PIN, ainsi que des observations d'INTEGRAL IBIS/ISGRI, pour créer un spectre dans le domaine X. Nous avons aussi utilisé un spectre mesuré par Swift/BAT lors de sa campagne d'observation de 58 mois. Le spectre résultant, qui couvre les énergies de 0,4 à 200 keV, met en évidence deux contributions : l'une thermale de type Seyfert montrant une raie de fer K-alpha, l'autre non thermale caractéristique d'un jet. Nous avons aussi analysé des données gamma de Fermi/LAT. Nous avons combiné les données X et gamma avec des données historiques dans les domaines radio, infrarouge et optiques, pour construire le SED. Ce SED est modélisé de manière satisfaisante par un jet non thermal. La luminosité bolométrique de 3C 111 est relativement faible, et le modèle SED correspond plus à une source de type BL Lac que de type FSRQ auquel nous nous attendions. La seconde source que nous avons étudiée est M87, de type FR-I. Cette source proche a été détectée dans les bandes gamma et TeV, mais pas encore en rayons X durs (> 10 keV). Nous avons concentré la première partie de notre analyse sur la limite supérieure de l'émission X de cette source en utilisant des observations d'INTEGRAL IBIS/ISGRI. En plus de la méthode habituelle, nous avons appliqué plusieurs techniques telles que "pointing selection" et "shadogram treatment" afin d'augmenter le rapport signal sur bruit. En utilisant 5,1 Ms de données ISGRI nous avons déterminé, avec une certitude de 3 sigma, une limite supérieure de f < 3x10-12 erg/cm2/s pour le flux de M87 dans la bande 20-60 keV. Notre analyse d'observations de Suzaku/PIN nous a permis d'effectuer la première détection de rayons X dur émis par M87. Celle-ci a un flux de f=1.3+0.1-0.2x 10-11 erg/cm2/s entre 20 et 60 keV. Cette détection suggeste une éruption; en effet ce flux est très supérieur à la limite supérieure que nous avons calculée. En combinant cette limite supérieure d'émission X avec des données de Fermi/LAT et données historiques radio, infrarouges et optiques, nous avons construit un SED. Celui-ci est correctement modélisé par une source de type BL Lac, conforme à nos attentes puisque M87 est de type FR-I. Nous avons alors examiné les aspects généraux des radio galaxies à forte émission gamma. La plupart de ces objets sont de type FR-I, et le noyau d'au moins une source FR-II (3C 111) est plus proche de BL Lac que de FSRQ. Il est possible que ce soit aussi le cas des autres sources FR-II. Comme dans le cas des blazars, leur émission gamma est originaire du jet. La source est trop inclinée pour que l'émission du jet apparaisse boostée. En revanche, puisque les rayons gammas sont émis à proximité du trou noir central, les observations peuvent être expliquées soit par un grand angle d'ouverture du jet, soit par réflection sur le disque. Fermi/LAT a observé un potentiel halo de matière sombre aux alentours de l'amas de la vierge. J'ai participé à l'étude de l'émission de cette source. Notre travail a mis en évidence qu'une collection de source ponctuelles contribue à cette émission. Je présente dans cette thèse le résultat de notre analyse. Pour terminer, nous rapportons la première détection de rayons X provenant de l'objet BL Lac BZB J1552+0850 et de la galaxie de Seyfert LSBC F727-V01. Nous les avons observées avec les instruments UVOT et XRT de Swift. Ces deux sources sont situées dans le rayon d'erreur de la source Fermi/LAT 2FGL J1551.9+0855. Puisque les galaxies de Seyfert émettent rarement des rayons gammas, nous avançons l'hypothèse que BZB J1552+0850 est la contrepartie UV et X de la source gamma Fermi/LAT 2FGL J1551.9+0855. L'étude du rayonnement X des radio galaxies à forte émission gamma aide à caractériser ces sources. La résolution spectrale de la nouvelle génération d'instruments tels que NuSTAR et ASTRO-H permettra de distinguer les composantes thermales et non-thermales des spectres X. Construire des spectres de distribution d'énergie à partir d'observation à plusieurs longueurs d'ondes aidera à contraindre les émissions large-bande. Cela facilitera l'assignation de contreparties visibles aux sources détectées par Fermi/LAT, tâche non triviale à cause des incertitudes de position.

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Laurent, Philippe. "VERS UNE SIGNATURE DES SYSTEMES BINAIRES COMPORTANT UN TROU NOIR." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00683273.

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Abstract:

Mes recherches ont eu pour but principal de trouver des signatures astrophysiques des trous noirs dans les systemes binaires d'étoiles. Comme je le montre dans ce mémoire, les astronomies X et γ semblent bien adaptées pour ces recherches. J'ai donc participé à la définition d'instruments X et γ, tout d'abord dans le cadre de la mission franco-russe Granat/Sigma puis dans celui de la mission de l'Agence Spatiale Européenne Integral. Mon rôle y a été de modéliser aussi précisément que possible la réponse des instruments, grâce à des simulations Monte-Carlo. Dans le cadre de la mission Integral, j'ai aussi contribué à définir et à réaliser les étalonnages au sol du satellite complet (étalonnage " end to end "), et à réaliser avec mon étudiant, Michaël Forot, le logiciel pour traiter les données dites " Compton " du télescope Integral/Ibis. Ces études nous ont permis, mon collègue Olivier Limousin et moi, de déposer un brevet sur une nouvelle γ-caméra permettant l'imagerie 3D de sources radioactives. Grâce aux données γ récoltées par Sigma et Integral, j'ai étudié, avec Marion Cadolle- Bel, les systèmes binaires contenant un trou noir de masse stellaire. Celui-ci accréte la matière de l'étoile compagnon donnant lieu à une émission X et γ, dont le processus d'émission, lié principalement à l'effet Compton sur les électrons chauds du plasma entourant le trou noir, est décrit dans le mémoire. Le résultat majeur de ce travail fut l'observation avec l'observatoire Integral du candidat trou noir, Cygnus X-1, en particulier lors d'un changement d'état en juin 2003 et lors de son éruption de septembre 2006. Enfin, j'ai modélisé la signature X/γ de trous noirs, comme il est décrit au chapitre 4. Cette modélisation s'est faite grâce à un modèle que j'ai développé avec Lev Titarchuk, modèle qui montre que le spectre observé de candidat trou noir peut être expliqué en considérant des photons X faisant un effet Compton inverse sur les électrons tombant en chute libre dans le trou noir. Ce modèle original, basé sur des simulations Monte-Carlo en Relativité Générale, a fait l'objet de plusieurs publications. Nous avons aussi étudié l'élargissement de la raie du fer, une autre signature très connue des trous noirs dans le domaine des X mous. Nous avons montré que cet élargissement pourrait être plutôt dû à la propagation des photons de fluorescence dans un vent, ce qui ne nécessiterait pas la présence d'un trou noir. Cet élargissement pourrait donc être une signature de trous noirs controversée. Dans les années à venir, je continuerai la définition de télescopes nouveaux, en particulier en optimisant les performances du projet d'astronomie spatiale Simbol-X. Ce projet prévoit, par le moyen de deux satellites en formation, d'étendre la technique de focalisation par incidence rasante aux rayons X durs afin d'étudier les phénomènes non thermiques de notre Univers. Je superviserai aussi la conception et la réalisation de l'anticoïncidence de Simbol-X, afin d'obtenir un bruit de fond sur les détecteurs aussi faible que possible. Notre expérience sur Simbol-X pourra aussi nous servir, de manière plus générale, de support aux développements de futures missions X et γ, comme par exemple l'observatoire IXO prévu par la NASA et l'ESA. Les futures observations Integral, d'un autre coté, me permettront d'observer les trous noirs accrétants au MeV, et potentiellement, grâce au mode Compton, de mesurer leur état de polarisation, ce qui n'a encore jamais été fait dans cette gamme d'énergie. Enfin, nous développons avec L. Titarchuk un modèle de création de paires électrons-positrons au voisinage d'un trou noir, qui aura de nombreuses conséquences observationnelles qu'il nous faudra étudier.

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Brun, François. "Recherche de sources ténues ou transitoires dans les régions centrales de la Galaxie avec H.E.S.S. Application à l'étude de la région du vestige de supernova W49B." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00645861.

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Abstract:

L'expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est un réseau de quatre télescopes dédié à l'astronomie gamma de très haute énergie et situé en Namibie. Ces télescopes utilisent la technique de l'imagerie Cherenkov atmosphérique en mode stéréoscopique pour détecter des rayons gamma entre 100 GeV et quelques dizaines de TeV. Les caméras de H.E.S.S., dotées de 960 photomultiplicateurs et d'une électronique rapide, nécessitent un étalonnage précis de la réponse de l'instrument au signal généré par les gerbes. Un couplage capacitif parasite entre les photomultiplicateurs et le système d'acquisition a été révélé et corrigé au cours de cette thèse, résultant en un étalonnage de meilleure qualité. H.E.S.S. bénéficie d'une situation géographique optimale pour l'observation des régions centrales de la Galaxie. Le relevé du plan Galactique a ainsi été un des objectifs principaux de H.E.S.S. dès le début des prises de données en 2004. Cette thèse présente la recherche de sources dans les régions centrales de la Galaxie en utilisant les méthodes d'analyse par modèle semi-analytique les plus sensibles disponibles actuellement. Une recherche de sources transitoires a également été effectuée. Les méthodes utilisées, caractérisées en détail au moyen de simulations, s'appuient sur les intervalles temporels entre les événements et n'ont pas révélées de sources significativement variables. La détection d'émission gamma de très haute énergie en direction de la région W49 et du vestige de supernova W49B en particulier a été mise en évidence durant cette thèse. L'étude de cette région et les implications de ce résultats sont présentées en détails dans ce manuscrit.

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Le, Tiec Alexandre. "Coalescence de trous noirs en relativité générale & Le problème de la matière noire en astrophysique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00521645.

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Abstract:

La première partie de cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des ondes gravitationnelles en provenance des systèmes binaires coalescents de trous noirs, dans la perspective de leur détection par les antennes gravitationnelles terrestres LIGO/VIRGO et spatiale LISA. Nous étudions la dynamique relativiste de tels systèmes binaires d'objets compacts à l'aide de deux méthodes d'approximation en relativité générale : les développements post-newtoniens, et le formalisme de la force propre, une extension naturelle de la théorie des perturbations d'un trou noir ; nous démontrons la cohérence des résultats ainsi obtenus dans leur domaine de validité commun. Dans un second temps, nous combinons ces deux méthodes perturbatives afin d'estimer l'effet de recul gravitationnel lors de la coalescence de deux trous noirs de Schwarzschild ; nos résultats sont en très bon accord avec ceux obtenus par des simulations en relativité numérique. La seconde partie de cette thèse traite du problème de la matière noire en astrophysique. L'hypothèse de la matière noire rend compte de nombreuses observations indépendantes de l'échelle des amas de galaxies jusqu'aux échelles cosmologiques. Les observations à l'échelle galactique sont toutefois en bien meilleur accord avec la phénoménologie de la dynamique newtonienne modifiée (MOND), qui postule une modification des lois de la gravité en l'absence de matière noire. Nous proposons une troisième alternative : conserver la théorie de la gravitation standard, mais doter la matière noire d'une propriété de polarisabilité dans un champ gravitationnel, de façon à rendre compte de la phénoménologie de MOND à l'échelle des galaxies.

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Foffano, Luca. "The extreme blazar phenomenon in a multi-messenger context." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2019. http://hdl.handle.net/11577/3422344.

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Abstract:

This Thesis illustrates the activities and the results that I have obtained during my three-year PhD course at the University of Padova. My work was mainly based on the study of the extreme blazars, or better “extreme high-energy peaked BL Lac objects” (generally referred to as EHBLs). EHBLs are an emerging class of blazars with exceptional spectral properties, presenting a spectral energy distribution peaking with the synchrotron emission in hard X-rays and a high-energy emission in TeV gamma rays. The hard-TeV spectrum of EHBLs is important also for the implications on the indirect estimations of the extragalactic background light and of the intergalactic magnetic fields. The emission processes producing such extremely-high photon energies are currently not completely understood, and may represent a challenge for the standard modelling of these sources. In fact, the standard models are generally able to fit the experimental spectral data, but the parameters they assume are unusual compared to the standard blazar modelling currently available in literature. More complex models, assuming – for example – multiple emission zones or hadronic contributions, may provide more relaxed parameter spaces. In particular, the presence of hadronic processes in the blazar emission might make the EHBLs producers of extragalactic high-energy neutrinos.The number of EHBL objects is currently very limited. Thanks to recent observations, new sources have been classified as candidate EHBLs. Their spectral properties reveal new features that enrich the properties of this class of objects. In this framework, my research work started with the search for new EHBL candidates on the basis of all-sky surveys in hard X-rays. This new method allowed me to select the most promising extreme blazars relying on their X-ray to high-energy gamma-ray flux ratio. The analysis of the spectral properties of this new sample revealed interesting spectral features and systematic differences that are emerging in the EHBL class, especially in TeV gamma rays. This suggests the possible emergence of a sub-classification, and a new population of EHBLs may be unveiled. One specific aspect of my analysis was to predict the feasibility of observations of these objects with the current and next generation of Cherenkov telescopes. In the MAGIC Collaboration, I had the opportunity to propose a list of EHBL candidates for observations. Among them, a source named PGC 2402248 was observed and finally detected in TeV gamma rays, and several others are now being observed with the MAGIC telescopes. These results have been published together with a detailed discussion on the comparison between several theoretical models proposing different interpretations of the spectral properties of these sources. During my PhD, I had the opportunity to contribute to several other projects that complemented my preparation in this field. In the MAGIC Collaboration, I was involved in projects related to the detection of new EHBLs in TeV gamma rays and in the study of interesting blazars like PG 1553+113. I was also involved in two analyses on the relation between extreme blazars and extragalactic background light, and on the selection of extreme blazar candidates from a sample of faint sources in the high-energy gamma-ray band. Finally, an important part of my PhD activity within the MAGIC Collaboration was devoted to a contribution to the discovery of the first association between a high-energy neutrino, the so-called IceCube EHE-170922A event, and the blazar TXS 0506+056. During the analysis of this event, registered on September 2017, I was main analyser of the MAGIC data. Considering the importance of the discovery – with implications about the origin of the very-high-energy cosmic rays – and the intense multi-collaboration work, it was really a unique opportunity for me to gain new experience in this field and to further motivate my interest in the multi-messenger astrophysics.

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Coste, Benoît. "Mesure et phénoménologie du rayonnement cosmique avec l'expérience CREAM." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00821110.

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Abstract:

Le rayonnement cosmique galactique nucléaire est composé de noyaux de différentes espèces et ses sources sont encore mal identifiées. Cette méconnaissance est en partie due au caractère diffusif de la propagation des noyaux dans les champs magnétiques dont la composante turbulente supprime toute information sur la position des sources. Dans le rayonnement cosmique, on distingue les noyaux pri- maires qui sont principalement créés puis accélérés près de leurs sources des noyaux secondaires, uniquement créés par spallation des primaires plus lourds. La mesure des rapports d'abondance se- condaire sur primaire permet d'étudier les processus de propagation et donc de remonter aux méca- nisme sources du rayonnement cosmique. Cette étude apporte de plus une meilleure compréhension de l'environnement astrophysique galactique. Ce travail nécessite une très bonne connaissance des sections efficaces d'interaction du rayonnement cosmique dans le milieu interstellaire qui régissent la modification des abondances lors de la propagation. La première partie de cette thèse est dédiée à la contrainte des paramètres de propagation du rayonnement cosmique galactique via l'étude des abondances des éléments du quartet (1H,2H,3He,4He). À partir d'une nouvelle estimation des sections efficaces, une analyse statistique a permis de démontrer le potentiel de ces éléments pour contraindre les modèles de propagation du rayonnement cosmique. Ces contraintes restent cependant limitées par la précision statistique des mesures actuelles et justifient la mise en œuvre de nouvelles expériences. La deuxième partie de cette thèse est dédiée à la mesure des abondances avec l'expérience CREAM, une expérience embarquée en ballon. Cette mesure nécessite l'identification des éléments dans le dé- tecteur, le calcul des efficacités des sous-détecteurs, la déconvolution des effets dus aux erreurs sur la mesure de l'énergie ainsi que la prise en compte des effets atmosphériques. Cette analyse des données du 3ième vol de CREAM a permis une estimation des abondances des éléments bore, carbone, azote et oxygène.

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Wang, Zhiqiang. "Accélération Non Adiabatique des Ions causée par des Ondes électromagnétiques (Observations de Cluster et Double Star) et réponse du champ géomagnétique aux variations de la pression dynamique du vent solaire." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00843936.

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Abstract:

Cette thèse comporte deux thèmes principaux: l'un concerne l'accélération non adiabatique des ions dans la couche de plasma proche de la Terre, l'autre les pulsations géomagnétiques dues à la décroissance de la pression dynamique du vent solaire. L'accélération nonadiabatique des ions de la couche de plasma est importante pour comprendre la formation du courant annulaire et les injections énergétiques des sous-orages. Dans la première partie de cette thèse, nous présentons des études de cas d'accélération non adiabatique des ions de la couche de plasma observés par Cluster et TC-1 Double Star dans la queue magnétique proche de la Terre (par exemple à (X,Y, Z)=(-7.7, 4.6, 3.0) RT lors de l'évènement du 30 octobre 2006), beaucoup plus près de la Terre que ceux qui avaient été précédemment observés. Nous trouvons que les variations du flux d'énergie des ions, qui sont caractérisées par une décroissance entre 10 eV et 20 keV et une augmentation entre 28 keV et 70 keV, sont causées par l'accélération non adiabatique des ions associée étroitement avec les fortes fluctuations du champ électromagnétique autour de la gyrofréquence des ions H+. Nous trouvons aussi que les ions après l'accélération non adiabatique sont groupés en phase de gyration et c'est la première fois que ceci est trouvé dans la couche de plasma alors que cet effet a été observé dans le vent solaire dans les années 1980. Nous interprétons les variations de flux d'énergie des ions et les groupements en phase de gyration en utilisant un modèle non adiabatique. Les résultats analytiques et les spectres simulés sont en bon accord avec les observations. Cette analyse suggère que cette acceleration nonadiabatique associée aves les fluctuations du cham magnétique est un mécanisme efficace pour l'accélération des ions dans la couche de plasma proche de la Terre. Les structures de flux d'énergie présentées peuvent être uilisées comme un proxy pour identifier ce processus dynamique. Dans le deuxième thème, nous étudions la réponse du champ géomagnétique à une impulsion de la pression dynamique (Psw) du vent solaire qui a atteint la magnétosphère le 24 août 2005. En utilisant les données du champ géomagnétique à haute résolution fournies par 15 stations au sol et les données des satellites Geotail, TC-1 et TC-2, nous avons étudié les pulsations géomagnétiques aux latitudes aurorales dues à la décroissance brusque de Psw dans la limite arrière de l'impulsion. Les résultats montrent que la décroissance brutale de Psw peut exciter une pulsation globale dans la gamme de fréquence 4.3-11.6 mHz. L'inversion des polarisations entre deux stations des latitudes aurorales, la densité spectrale de puissance (PSD) plus grande près de la latitude de résonance et la fréquence augmentant avec la diminution de la latitude indiquent que les pulsations sont associées avec la résonance des lignes de champ (FLR). La fréquence résonante fondamentale (la fréquence du pic de PSD entre 4.3-5.8 mHz) dépend du temps magnétique local et est maximale autour du midi local magnétique. Cette caractéristique est due au fait que la dimension de la cavité magnétosphérique dépend du temps et est minimale à midi. Une onde harmonique est aussi observée à environ 10 mHz, qui est maximale dans le secteur jour, et est fortement atténuée lorsque on va vers le coté nuit. La comparaison entre les PSDs des pulsations provoquées pas l'augmentation brutale et la décroissance brutale de Psw montre que la fréquence des pulsations est inversement proportionnelle à la dimension de la magnétopause. Puisque la résonance des lignes de champ (FLR) est excitée par des ondes cavité compressée/guide d'onde, ces résultats indiquent que la fréquence de résonance dans la cavité magnétosphérique/guide d'onde est due non seulement aux paramètres du vent solaire mais est aussi influencée par le temps magnétique local du point d'observation.

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Di, Gallo Luc. "Excitations collectives dans la croûte interne des étoiles à neutrons." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00667553.

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Abstract:

Nous avons étudié ici une nouvelle forme d'excitation, dite collective, dans la croûte interne des étoiles à neutrons. Dans cette partie de l'étoile, en se structurant, la matière prend des formes aux géométries originales appelées " phase pasta " et dont l'état est superfluide dans des conditions de température caractéristiques des étoiles à neutrons. L'objectif était de décrire des excitations dont les longueurs d'onde varient de la taille de la cellule de Wigner-Seitz à des très grandes valeurs. Ces dernières sont essentielles pour l'étude à basse énergie et représentent l'aspect macroscopique de ce milieu alors que les premières correspondent aux aspects microscopiques de la matière. Pour cela nous avons opté pour une approche fondée sur l'hydrodynamique des superfluides à plusieurs constituants. Ainsi, nous avons pris en compte les propriétés essentielles de la matière nucléaire telles que les vitesses du son. Le modèle que nous avons développé consiste essentiellement en l'étude de la propagation de perturbations à travers ces structures, par rapport à un équilibre hydrostatique. Nous nous sommes penchés sur le cas des structures en forme de plaques uniquement. Pour cela nous avons été conduits à définir des conditions aux bords, afin de modéliser les effets des interfaces. La périodicité du milieu a été prise en compte en utilisant le théorème de Floquet-Bloch. La résolution des équations nous a permis d'obtenir les spectres d'excitations de ces plaques. Nous en avons dégagé les propriétés physiques et nous avons utilisé ces spectres pour le calcul de chaleur spécifique. Ceci nous a permis d'étudier la contribution de ces excitations collectives en les comparant aux autres formes d'excitations possibles. Ainsi nous avons constaté que cette nouvelle contribution était loin d'être négligeable. Elle aura sa place à part entière dans les futurs calculs d'évolution thermique des étoiles à neutrons. Plus de détails sur http://lucdigallo.free.fr/spip.php?article14&lang=fr

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Halladjian, Garabed. "Recherche de neutrinos cosmiques de haute-énergie émis par des sources ponctuelles avec ANTARES." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00798866.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est la recherche des neutrinos cosmiques de haute énergie émis par des sources ponctuelles avec le télescope á neutrino ANTARES. La détection des neutrinos cosmiques de haute énergie peut apporter des réponses à des problèmes importants comme l'origine des rayons cosmiques et les procédures d'émission des rayons $\gamma$. Dans la première partie de la thèse, le flux des neutrinos émis par des sources galactiques et extragalactiques et le nombre des événements qui peut être détecté par ANTARES sont estimés. Cette étude utilise les spectres des rayons $\gamma$ des sources connues en tenant compte de l'absorption de ces rayons par la lumière extragalactique diffuse. Dans la deuxième partie de la thèse, le pointage absolu du télescope ANTARES est étudié. Étant situé à une profondeur de 2475 m dans l'eau de mer, l'orientation du détecteur est déterminée par un système de positionnement acoustique qui utilise des ondes de basse et haute fréquences entre la surface de la mer et le fond. La troisième partie de la thèse est la recherche des sources ponctuelles de neutrinos avec les données d'ANTARES. L'algorithme de recherche est basé sur une méthode de maximisation du rapport de vraisemblance. Il est utilisé dans deux stratégies de recherche; ''la stratégie de recherche avec des sources candidates'' et ''la stratégie de recherche dans tout le ciel''. L'analyse des données de 2007+2008 n'a pas marqué une découverte. Les meilleures limites supérieures au monde sur les flux de neutrinos provenant des différentes sources dans l'Hémisphère Sud sont établies.

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Kersalé, Evy. "Etude analytique et numérique du développement d'instabilités MHD dans des structures d'accrétion-éjection magnétisées." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00724447.

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Abstract:

La première partie de ce travail se propose de définir une nouvelle version du formalisme d'étude des instabilités MHD de pression dans les structures d'accrétion-éjection magnétisées. Ces processus se produisent dans des plasmas confinés magnétiquement et sont très contraignants dans le domaine de la fusion thermonucléaire mais leur influence est peu étudiée dans des contextes astrophysiques. Dans un cadre d'approximation éliminant les ondes magnétosoniques rapides nous avons développé un système d'équations général permettant de s'intéresser à la fois aux modes instables d'interchange et aux modes de ballooning. L'application de ce système à un jet cylindrique en rotation solide nous montre que le cisaillement magnétique conduit à la déstabilisation des parties internes de ces structures. En outre, tout en clarifiant cette problématique dans une certaine mesure, nous retrouvons que ces flots sont génériquement instables vis-à-vis des modes d'interchange. Par ailleurs, nous avons étudié les méthodes numériques de résolution des équations aux dérivées partielles et plus particulièrement celles de la MHD. A partir d'un algorithme d'intégration élémentaire, nous avons pu évaluer les effets de géométrie, de conditions aux limites et de dissipation artificielle sur le calcul numérique, à travers une série de tests classiques. L'étude de la production de rayons cosmiques de très haute énergie dans les gamma-ray bursts constitue la dernière partie du travail effectué. Dans ces objets, des processus de Fermi accélèrent des particules jusqu'à des énergies de 10 21 eV, lors du croisement de perturbations d'Alfvén relativistes. Une interaction de type faisceau-plasma, entre une coquille de plasma en mouvement relativiste et les baryons qui la traversent, génère ces fronts alfvéniques et un mécanisme de rétrodiffusion redistribue l'énergie disponible entre des perturbations alfvéniques progressive, régressive et des perturbations magnétosoniques.

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Trap, Guillaume. "Etude du trou noir massif central de la Galaxie et de son environnement." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00862003.

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Abstract:

Ce manuscrit rassemble une série de travaux observationnels et phénoménologiques relatifs à des objets compacts variables du centre de notre Galaxie, à savoir le trou noir supermassif central, Sagittarius A*, et des étoiles à neutrons hébergées par des sursauteurs X. La première partie traite de la source Sgr A*, sujette à des éruptions quotidiennes, dont les mécanismes déclencheurs et les processus de rayonnement sont encore inconnus. Cette activité éruptive a été sondée par l'intermédiaire de plusieurs vastes campagnes d'observations multi-longueurs d'onde (en rayons gamma, rayons X, infrarouge et submillimétrique) étalées entre 2007 et 2009. Des données recueillies simultanément par les instruments XMM-Newton/EPIC, INTEGRAL/ISGRI+JEM-X, Fermi/LAT, VLT/NACO+VISIR et APEX/LABOCA, lors de plusieurs nouvelles éruptions majeures, ont ainsi permis de caractériser en détail le comportement spectro-temporelle de ces dernières et de contraindre les modèles d'émissions non-thermiques du milieu radiatif (synchrotron, Compton inverse, plasmoïde en expansion). Dans un second temps, une vingtaine de sursauts X de type I en provenance de deux binaires X de faible masse, transitoires, du noyau Galactique, GRS 1741.9-2853 et AX J1745.6-2901, ont été examinés à travers les données de différents satellites X de basse énergie (2-30 keV). Ces observations ont été discutées dans le cadre théorique, relativement bien établi, d'explosions thermonucléaires d'un mélange hydrogène-hélium, amassé à la surface d'étoiles à neutrons accrétantes.

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Giebels, Berrie. "A contribution to gamma-ray astronomy of GeV-TeV Active Galaxies with Fermi and H.E.S.S." Habilitation à diriger des recherches, Ecole Polytechnique X, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00672596.

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Abstract:

L'astronomie des rayons g de haute (E > 100MeV, HE) et de très haute énergie (E 100GeV, VHE) ont effectué des progrès considérables en moins d'une décennie. Le nombre de sources émettrices dans ce régime d'énergie a augmenté de plus d'un ordre de grandeur, de nouvelles classes d'émetteurs ont été découvertes et des nouvelles sous-classes ont été établies basées sur l'émission gamma, et les sources connues sont à présent résolues à des échelles spatiales ou temporelles sans précédent révélant de nouvelles propriétés. Les noyaux actifs de galaxie (AGN) sont l'une des classes d'émetteurs les plus énergétiques, dont le pic de puissance émis dans le spectre électromagnétique peut dans certains cas dépasser la capacité de mesure des instruments actuels, et dont l'investigation requiert la maîtrise simultanée du ciel g HE et VHE qu'apportent les expériences Cerenkov au sol (atmospheric Cerenkov telescope, ou ACT) et le satellite Fermi.

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Fiasson, Armand. "Recherche de l'origine des rayons cosmiques par l'étude d'associations de vestiges de supernova et de nuages moléculaires avec HESS et validation du circuit d'échantillonnage de HESS II." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00660134.

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Abstract:

Le télescope H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), implanté en Namibie, est actuellement le plus efficace pour l'observation de sources de rayons gamma de très haute énergie. Constitué de 4 télescopes de grand diamètre fonctionnant en stéréoscopie, il permet une cartographie sans précédent du plan de la Galaxie à ces longueurs d'onde extrêmes. L'expérience HESS a mis en évidence la présence de particules chargées d'énergie supérieure à une centaine de TeV dans plusieurs vestiges de supernova, lieux probables d'accélération de particules dans la Galaxie, sans toutefois pouvoir conclure sur la nature hadronique ou leptonique des particules. Cette thèse présente une démarche observationnelle alternative visant à mettre en évidence l'accélération de hadrons par onde de choc dans les vestiges de supernova. Une recherche de vestiges associés à des nuages moléculaires a été menée avec les sources déjà détectées par H.E.S.S. et dans l'ensemble des observations réalisées. L'analyse et l'interprétation de trois sources de rayons gamma sont décrites. La première est la nouvelle source découverte par H.E.S.S. dans la constellation de Monoceros. Je présente ensuite l'analyse des nouvelles observations réalisées en direction de la source non identifiée HESS J1745-303. Enfin l'analyse multi-longueurs d'onde de la nouvelle source de rayons gamma coïncidente avec le vestige de supernova CTB37A est décrite. Je développe les possibles interprétations de cette émission de rayons gamma. Un apport à la construction de la seconde phase de l'expérience H.E.S.S. est présentée. Cette deuxième phase consiste en l'adjonction d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. J'ai pris en charge les tests et la sélection des 6000 puces constituant le système d'échantillonnage de la caméra qui équipera ce télescope.

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Artigue, Romain. "Contraindre l'équation d'état de la matière à densité supranucléaire à partir des sursauts X des étoiles à neutrons." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00925679.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude des oscillations périodiques détectées lors des sursauts X des étoiles à neutrons, dans des binaires X de faible masse. Ces oscillations offrent un moyen de sonder l'intérieur de ces objets, en mesurant notamment leur masse et leur rayon, pour ainsi contraindre l'équation d'état de la matière dense. J'ai développé des méthodes de détection et d'analyse de ces signaux, de leurs propriétés temporelles et leur dépendance en énergie. J'ai analysé les oscillations détectées dans tous les sursauts X de type 1 (ainsi qu'un super-sursaut) de 3 étoiles à neutrons observées avec l'instrument Rossi X-ray Timing Explorer/Proportional Counter Array . Sur les courbes de lumière des sursauts, j'ai sélectionné les segments donnant la meilleure signification statistique, pour construire un catalogue de profils moyens d'oscillations. La forme des profils varie grandement d'un sursaut à un autre, pour une même source. Un grand nombre de paramètres peuvent affecter les oscillations. J'ai élaboré un modèle de tache chaude à la surface de l'étoile en rotation rapide pour caractériser l'émission du sursaut X, dans un espace-temps relativiste. En utilisant les chaînes de Markov Monte Carlo pour explorer efficacement un espace des paramètres conséquent, les ajustements sur un échantillon de sursauts ont démontré l'applicabilité du modèle. Par contre, les contraintes obtenues sur la masse et le rayon de l'étoile sont limitées par la qualité des données de l'instrument utilisé. Enfin, des simulations révèlent que des mesures précises sur les paramètres sont possibles en augmentant la surface collectrice des détecteurs, comme le proposent les observatoires X du futur.

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Christine, Lion. "Simulation des données SWOT haute résolution et applications à l'étude de l'estuaire de l'Amazone." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00932791.

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Abstract:

La thèse se déroule dans le cadre de la préparation de la mission spatiale SWOT (Surface Water Ocean Topography). Cette mission est née d'une collaboration entre la NASA/JPL (National Aeronautics and Space Administration/Jet Propulsory Laboratory), le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales), et l'ASC-CSA (Agence Spatiale Canadienne), son lancement est envisagé pour 2019. Il s'agit d'un interféromètre en bande Ka à visée proche nadir (0.6°- 4.1°). Elle aura pour but d'aider à mieux comprendre l'évolution des eaux de surface (variations de volume des lacs, des rivières, évaluation des zones inondables...) et la dynamique des océans à méso-échelle (tourbillons) grâce au passage d'une résolution de 10km à 1km. Afin de déterminer l'apport de la mission SWOT à l'étude de l'estuaire amazonien plusieurs outils de simulation ont été développés. Un premier outil modélisant les coefficients de rétrodiffusion radar pour trois types de surface (eau, sols nus et végétation) issue d'une étude CNES et la société Capgemini a permis de définir les conditions limites pour lesquelles l'eau ne serait plus discernable des autres milieux. Ce modèle a permis de mettre en évidence la sensibilité de la bande Ka aux paramètres de rugosité. Le phénomène de layover, mélange d'informations de plusieurs contributeurs dans un même pixel à cause du relief, sera plus présent dans les futures données SWOT que dans les radars imageurs existants. Or les fleuves ou les lacs sont généralement bordés d'arbres. Pour estimer les erreurs sur l'estimation des élévations des surfaces d'eau, j'ai développé un simulateur interférométrique incluant des modèles de rétrodiffusion radar simplifiés pour la végétation et l'eau. Cet outil m'a permis d'évaluer la sensibilité de la bande Ka à la densité de la végétation. Ainsi que de mettre en évidence la capacité de SWOT à détecter les zones d'inondations sous la canopée. Lorsque la forêt est inondée, l'estimation de hauteur des arbres est très faible par rapport aux résultats obtenus sans inondation : par exemple pour une fraction de trou de 10% (végétation dense), les élévations obtenues sont de l'ordre de 1m57 pour des arbres de 5m, au lieu de 4m50. Pour évaluer l'apport de SWOT à l'étude de l'estuaire de l'Amazone. Je me suis basé sur le simulateur mis en place par S. Biancamaria pendant sa thèse (soutenue en 2009). Les erreurs de l'instrument étaient assimilées à un bruit blanc, d'écart-type fixé à 20cm. Afin d'avoir des erreurs plus réalistes, je l'ai complété en insérant les erreurs inspirées des bilans de performance. Ce simulateur présente l'avantage de reproduire directement les élévations d'eau. Il a été utilisé dans plusieurs études, dont une assimilation au niveau du fleuve de l'Ohio par K. Andreadis. Dans le cas de mon site d'étude, il m'a permis d'évaluer la capacité de SWOT à mesurer la pente du fleuve et observer la propagation de la marée à l'intérieur du fleuve.

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Collet, Cédric. "Role of AGN feedback in galaxy evolution at high-redshift." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061155.

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Abstract:

There is growing evidence that supermassive black holes may play a crucial role for galaxy evolution, in particular during the formation of massive galaxies at high redshift (z ~ 2 - 3). Our work focuses on quantifying the effects of jets of radiogalaxies and of large bolometric luminosities of quasars on the interstellar gas in their host galaxies. To this end, we studied the kinematics of the ionized gas in 12 moderately powerful radio galaxies and 11 quasars (6 radio-loud and 5 radio-quiet) at high redshifts with rest-frame optical imaging spectroscopy obtained at the VLT with SINFONI. We searched for outflows and other signatures of feedback from the supermassive black holes in the centers of these galaxies to evaluate if the AGN may plausibly quench star formation. In our sample of moderately powerful radiogalaxies, we observe velocity dispersions nearly as large as those observed in the most powerful ones (with FWHM ~ 1000 km/s), but the quantity of ionized gas is decreased by one order of magnitude (Mion gas ~ 10^8 - 10^9 Msun) and velocity gradients tend to be less dramatic (Δv < 400 km/s), when they are observed. In our sample of quasars, we had to carefully subtract the broad spectral component of emission lines to have access to its narrow, and spatially extended, component. We detect truly extended emission line regions in 4/6 sources of our radio-loud subsample and in 1/5 source of our radio-quiet subsample. We estimate that masses of ionized gas in these sources are smaller than in our sample of high-redshift radiogalaxies (with Mion gas ~ 10^7 - 10^8 Msun) and kinematics tend to be more quiescent, akin to what is observed in local quasars. Finally, detailed observations of two outliers among our sample of high-redshift radiogalaxies revealed that one of them is closely surrounded by 14 companions galaxies, hence lying in an overdensity. We therefore interpret the presence and morphology of ionized gas around these galaxies as evidence for repeated cycles ouf AGN outbursts, akin to what can be observed in local clusters of galaxies, which are prime examples of AGN feedback in the nearby Universe.

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Szabo, Anthony Paul. "High energy emissions for astrophysical objects." Title page, contents and abstract only, 1992. http://web4.library.adelaide.edu.au/theses/09PH/09phs996.pdf.

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Gendre, Bruce. "Etude des sources X faibles des amas globulaires de la galaxie avec XMM-Newton." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01025786.

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Abstract:

Les amas globulaires contiennent deux classes de sources X se différenciant par leur luminosité. Tout d'abord, les sources X brillantes (Lx>10^36 ergs/s), qui sont des binaires X de faible masse identiques à celles contenues dans le disque galactique. La seconde classe regroupe les objets de luminosité X faible (LX<10^34.5 ergs/s). Elle est composée d‟objets de natures diverses, principalement des systèmes binaires où l'accrétion de matière sur l'un des deux composants (une étoile à neutrons, une naine blanche) est responsable de l'émission X observée. Déterminer la population de sources X des amas globulaires permet donc d'étudier les mécanismes de formation des systèmes binaires, lesquels jouent un rôle fondamental dans l'évolution des amas globulaires en assurant leur équilibre dynamique. Cette thèse est centrée sur l'étude des populations X de 4 amas globulaires observés avec les satellites XMM-Newton ou Chandra : Omega Cen, M13, M22 et NGC 6366. Notre échantillon nous a permis d‟étudier les populations de sources X faibles et de tester les scénarii de formation des binaires en fonction de divers paramètres comme la masse, la taille et la densité stellaire de l‟amas. Nous avons associé des sources X faibles à chaque amas (respectivement 30, 5, 2 et 1). Ces sources se trouvent dans le coeur des amas. Nous avons également détecté un excès significatif de sources dans les régions externes d‟Omega Cen. Nous avons enfin découvert une binaire X de faible masse avec une étoile à neutrons dans M13 (sa contrepartie a été recherchée dans les données du télescope spatial Hubble). Nous montrons que le nombre de binaires X de faible masse avec une étoile à neutrons contenues dans un amas est corrélé avec le taux de collision stellaire. Ceci pourrait indiquer que ces binaires sont formées par la capture gravitationnelle par une étoile à neutrons d‟un autre astre dans le coeur des amas. Nous avons également étudié les mécanismes de formation des autres catégories de binaires.

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Cao, Peng. "A Search for Astrophysical Ultra High Energy Neutrinos with the ANITA-IV Experiment." Thesis, University of Delaware, 2019. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=13425957.

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Abstract:

The Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) is a balloon-based experiment designed to search for ultra-high energy(UHE) neutrinos and cosmic rays in Antarctica. A successful detection would be an important step in understanding the most energetic cosmic accelerators in the universe. The fourth flight of ANITA (ANITA-IV) funded by NASA took place in December 2016. It uses a radio antenna array designed to detect Askaryan radiation from UHE neutrino-induced showers in ice and geomagnetic radiation from Extensive Air Showers (EAS) induced by cosmic rays.

In this dissertation, I present my analysis of the ANITA-IV flight data with the objective to search for ultra-high energy neutrino and cosmic ray events. The data analysis includes six major aspects: instrument calibrations, event direction reconstruction, event quality cuts, thermal events cut, anthropogenic events cut (clustering), and background estimation. Twenty-four cosmic ray candidates and one neutrino candidate events were found each with an estimated background of 0.34 event. Although the signal significance for a single neutrino event is consistent with background, it still leads to the world's best limit on the ultra-high energy neutrino flux for energy above 4 × 10¹⁹ eV.

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Niederhausen, Hans. "Measurement of the High Energy Astrophysical Neutrino Flux Using Electron and Tau Neutrinos Observed in Four Years of IceCube Data." Thesis, State University of New York at Stony Brook, 2018. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=10823307.

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Abstract:

The high-energy universe is known to be violent. Ultra High Energy Cosmic Rays (UHECRs) have been observed with kinetic energies exceeding 10²⁰ eV. Their origin, despite decades of observations, remains elusive. A unique probe of the sources and production mechanisms of these high energy cosmic rays can be neutrinos, since they are inevitably produced when high-energy protons interact. The IceCube Neutrino Observatory, located at the geographical South Pole in Antarctica, continuously monitors a total volume of 1 km³ of clear Antarctic ice for neutrino interactions. For this purpose, a total of 5160 optical sensors (photomultiplier tubes) have been melted deep into the glacier at depths between 1450m and 2450m. In 2013 IceCube reported one of its biggest discoveries, the observation of highly energetic neutrinos that are consistent with a possible extra-galactic origin.

In this dissertation we use IceCube data (recorded from 2012 to 2015) to study the spectral properties of this astrophysical neutrino flux with focus on electron and tau neutrino flavors. We developed a new neutrino identification and muon background rejection method using state-of-the-art machine-learning techniques, more specifically multi-class gradient boosted decision trees. In addition to enlarging the number of detected neutrino events (>10x increase over previous works), we lowered the energy threshold to below 1 TeV and thereby greatly improved upon the control and treatment of systematic uncertainties. The sample contains ~400 astrophysical electron and tau neutrinos, which increases the significance of the original discovery to beyond 8 standard deviations. We find the astrophysical neutrino flux to be well described by a single power-law consistent with expectations from Fermi-type acceleration of high-energy particles at astrophysical sources and obtain leading constraints on its properties. We further studied the possibility of additional spectral complexity, which significantly increases measurement uncertainties. No evidence for such scenarios was found. Finally we searched for a contribution from atmospheric neutrinos related to heavy meson (charm) decay in Earth's atmosphere and derive a flux upper limit of 4.8 times the benchmark pQCD flux prediction at 90% confidence level, dominated by systematic uncertainties, especially related to photon transport in the glacial ice.

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Griffith, Nathan E. "Microwave Detection of Cosmic Rays and Multi-Messenger Analysis of the Parameters of Ultra-High Energy Astrophysical Sources." The Ohio State University, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1429799044.

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Sandalski, Stou. "Neptune| An astrophysical smooth particle hydrodynamics code for massively parallel computer architectures." California State University, Long Beach, 2013.

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Valtonen-Mattila, Nora. "High Energy gamma-ray behavior of a potential astrophysical neutrino source : The case of TXS 0506+056." Thesis, Linnéuniversitetet, Institutionen för fysik och elektroteknik (IFE), 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:lnu:diva-90569.

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Abstract:

Blazars are a type of Active Galaxy that emit strong astrophysical jets. The association of a HE gamma-ray flare from the blazar TXS 0506+056 to the IceCube-170922A neutrino event in 2017, opened the possibility to a link between these two events. In this thesis, we will look at the HE gamma-ray behavior of TXS 0506+056 using data obtained from the Fermi-LAT by taking into account the other set of neutrino events associated with this source from 2014-2015. We will investigate whether both neutrino events present with comparable HE gamma-ray behavior by analyzing the lightcurves and the spectra for a quiet state, the 2014-2015 period, and the flare centered around the neutrino event from 2017. The results of the analysis performed in this thesis show no strong indication of a change in the gamma-ray behaviour in these potential neutrino detections.

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Molina, Lumbreras Edgar. "Modeling and observations of relativistic outflows in high-energy binary systems." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2021. http://hdl.handle.net/10803/672686.

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Abstract:

Some binary systems consisting of a compact object, which can be either a neutron star or a black hole, and typically a non-degenerate companion star, have been shown to emit broadband radiation from radio up to gamma-ray frequencies. These systems are normally classified as X-ray or gamma-ray binaries, depending on the frequency at which their emission has its maximum. Unlike with stars, a big part of the observed emission cannot be explained by thermal radiation, and therefore non-thermal radiative processes need to be invoked. The interactions between the star and the compact object may result in the launching of outflows of plasma originating around the compact object position. These outflows can attain speeds close to the speed of light, and be an efficient site for acceleration of charged particles up to relativistic energies. A part of the non-thermal emission observed from X-ray and gamma-ray binaries comes precisely from the non-thermal radiative cooling of these accelerated particles. Additionally, when the companion star is very massive, it produces a strong stellar wind that interacts with the aforementioned relativistic outflows, modifying both their dynamical and radiative evolution. The main theoretical objective of this thesis is the study the interactions between the outflows of X-ray and gamma- ray binary systems and the stellar wind of a massive companion star. For this purpose, we developed versatile semi- analytical models that give a complete view of these interactions for different kinds of systems. The results of the theoretical modeling include broadband spectral energy distributions and light curves that are directly comparable with the observational data. Radio sky maps are also obtained for the large-scale emission of the outflows. The latter allows to directly visualize the dynamical effect of the stellar wind in the outflow trajectory, which acquires a helical or spiral-like pattern. This modified trajectory gives rise to asymmetries in the light curves at different energy ranges, as well as changes in the spectral energy distributions mostly due to variations of angle-dependent processes influencing the outflow emission. From the observational point of view, this thesis focuses on the analysis of the potential very high-energy gamma-ray emission above 100 GeV of the X-ray binary MAXI J1820+070, as seen by the MAGIC telescopes. The analysis is done through a custom software developed by MAGIC, which allows to reconstruct the arrival direction and energy of a gamma ray from the Cherenkov light emitted by the electromagnetic cascade that the gamma ray generates when it enters the atmosphere of the Earth. The observational results consist on a multiwavelength study of MAXI J1820+070 in the form of light curves and spectral energy distributions that use data from a number of telescopes at radio, optical, X-ray and gamma-ray frequencies. The source is not detected in gamma-rays above 100 MeV, and only flux upper limits can be given for those energies. Nevertheless, the obtained upper limits, together with the observed fluxes at other frequencies, are enough to constrain significantly the properties of a potential gamma-ray emitter in MAXI J1820+070. In conclusion, this thesis deepens in our understanding of the interactions between the stellar wind and the outflows of high-energy binary systems. It shows that these interactions must be taken into account in order to properly characterize the subset of those binary systems hosting a massive companion star, in which a powerful stellar wind is present. In this thesis, it is also shown that observations in high-energy and very high-energy gamma rays of X-ray and gamma-ray binary systems allow to set meaningful limits to the outflow properties, even when the sources are not detected and only upper limits in the flux are obtained.
A la nostra Galàxia, existeixen sistemes binaris formats per un objecte compacte i una estrella companya típicament no degenerada que emeten a freqüències des de ràdio fins a raigs gamma. Les interaccions entre l'estrella i l'objecte compacte poden resultar en el llançament d'outflows de plasma originats al voltant de l'objecte compacte, els quals poden adquirir velocitats properes a la de la llum. Quan l'estrella companya és molt massiva, aquesta genera un fort vent estel·lar que interacciona amb els outflows i els afecta tant dinàmicament com radiativa. El principal objectiu d'aquesta tesi des del punt de vista teòric és l'estudi de les interaccions entre els outflows de sistemes binaris i el vent estel·lar d'una companya massiva. Per això, hem desenvolupat una sèrie de models semi- analítics que donen una visió completa d'aquestes interaccions en diferents tipus d'escenaris. Els resultats de la modelització teòrica inclouen prediccions per a les distribucions espectrals d'energia i corbes de llum, així com mapes ràdio per a l'emissió a gran escala dels outflows. En relació a la part observacional, aquesta tesi es focalitza en l'anàlisi de l'emissió potencial de raigs gamma de molt alta energia de la binària MAXI J1820+070, observada amb els telescopis MAGIC. Els resultats observacionals consisteixen en un estudi multifreqüència de la font de ràdia a raigs gamma. Tot i que la font no es detecta per sobre dels 100 MeV, els resultats obtinguts permeten limitar les propietats d'un emissor potencial de raigs gamma a MAXI J1820+070. En conclusió, aquesta tesi profunditza en el coneixement de les interaccions entre el vent estel·lar i els outflows de sistemes binaris d'altes energies. També es conclou que les observacions en raigs gamma de sistemes binaris permeten limitar de manera important les propietats dels outflows, fins i tot quan les fonts no son detectades.

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Lindner, Christopher Carl. "Simulations of high-energy astrophysical phenomena." Thesis, 2014. http://hdl.handle.net/2152/28320.

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Abstract:

Supercomputer technology has revolutionized our studies of the most energetic astrophysical phenomena. Here, I present my simulations of energetic outbursts of gamma rays and the explosions of massive stars, and my efforts to further the computational astrophysics frontier with the development of a radiation hydrodynamics code. First, I present axisymmetric hydrodynamical simulations of the long-term accretion of a rotating gamma-ray burst (GRB) progenitor star, a "collapsar," onto the central compact object, which we assume is a black hole. The simulations were carried out with the adaptive mesh refinement code FLASH in two spatial dimensions and with an explicit shear viscosity. The evolution of the central accretion rate exhibits phases reminiscent of the long GRB [gamma]-ray and X-ray light curve, which lends support to the proposal by Kumar et al. (2008a,b) that the luminosity is modulated by the central accretion rate. In the first "prompt" phase, the black hole acquires most of its final mass through supersonic quasiradial accretion occurring at a steady rate of ~ 0.2 [solar mass] s⁻¹. After a few tens of seconds, an accretion shock sweeps outward through the star. The formation and outward expansion of the accretion shock is accompanied by a sudden and rapid power-law decline in the central accretion rate [mathematical formula], which resembles the L [subscript x] [is proportional to] t⁻³ decline observed in the X-ray light curves. The collapsed, shock-heated stellar envelope settles into a thick, low-mass equatorial disk embedded within a massive, pressure-supported atmosphere. After a few hundred seconds, the inflow of low-angular-momentum material in the axial funnel reverses into an outflow from the thick disk. Meanwhile, the rapid decline of the accretion rate slows, which is potentially suggestive of the "plateau"' phase in the X-ray light curve. We complement our adiabatic simulations with an analytical model that takes into account the cooling by neutrino emission and estimate that the duration of the prompt phase will be ~ 20 s. The model suggests that the steep decline in GRB X-ray light curves is triggered by the circularization of the infalling stellar envelope at radii where the virial temperature is below 10¹⁰ K, such that neutrino cooling is inefficient and an outward expansion of the accretion shock becomes imminent; GRBs with longer prompt [gamma]-ray emission should have more slowly rotating envelopes. Observational evidence suggests a link between long GRBs and Type Ic supernovae. I propose a potential mechanism for Type Ic supernovae in LGRB progenitors powered solely by accretion energy. I present spherically-symmetric hydrodynamic simulations of the long-term accretion of a rotating gamma-ray burst progenitor star, a "collapsar," onto the central compact object, which we take to be a black hole. The simulations were carried out with the adaptive mesh refinement code FLASH in one spatial dimension and with rotation, explicit shear viscosity, and convection in the mixing length theory approximation. Once the accretion flow becomes rotationally supported outside of the black hole, an accretion shock forms and traverses the stellar envelope. Energy is carried from the central geometrically thick accretion disk to the stellar envelope by convection. Energy losses through neutrino emission and nuclear photodisintegration are calculated but do not seem important following the rapid early drop of the accretion rate following circularization. We find that the shock velocity, energy, and unbound mass are sensitive to convective efficiency, effective viscosity, and initial stellar angular momentum. Our simulations show that given the appropriate combinations of stellar and physical parameters, explosions with energies ~ 5 x 10⁵⁰ ergs, velocities ~ 3000 km s⁻¹, and unbound material masses > 5 [solar mass] are possible in a rapidly rotating 16 [solar mass] main sequence progenitor star. Further work is needed to constrain the values of these parameters, to identify the likely outcomes in more plausible and massive LRGB progenitors, and to explore nucleosynthetic implications. In many high-energy astrophysical phenomena, the force of radiation pressure will have a direct effect on the hydrodynamics. Observing radiation is also the primary way we investigate our universe. With this in mind, I present my expansion of the FLASH hydrodynamics code, where I have implemented a gray, flux-limited diffusion (FLD) radiation hydrodynamics (RHD) solver. My solver utilizes the FLASH's diffusion packages that are powered by HYPRE. I have written a new, efficient radiation-matter coupling solver, which exactly integrates the equations for radiation-matter coupling and operates without any time step restrictions. I have also rewritten the unsplit hydrodynamics solver in FLASH to incorporate the changes in PPM characteristic tracing and the Riemann solver required to properly capture the radiation pressure force in regions that are not entirely optically thick. This has required the addition of a new Riemann solver to FLASH, similar to the Riemann solver in the CASTRO RHD code. I then present my validation tests of the code. This code will be made publicly available.
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Sauge, Sebastien. "Physico-chimie des atomcules d'hélium antiprotonique : modélisation de processus réactifs en présence d'antimatière." Phd thesis, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00723785.

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Abstract:

Environ 3% des antiprotons (p) stoppés dans l'heliurn survivent plusieurs microsecondes contre quelques picosecondes dans tout autre matériau. Cette métastabilité inhabituelle résulte d'une capture sur des états liés de l'atome exotique pHe+, dénommé atomcule car il s'apparente à la fois à un atome de Rydberg quasi-circulaire quasi-classique de grand moment angulaire l ~ n - 1 ~ 37 et à une molécule diatomique composée d'un noyau chargé négativement et caractérisée par une forte excitation rotationnelle J = l. En dehors de cette structure duale originale accessible par spectroscopie laser, la physico-chimie de leur interaction avec d'autres atomes ou molécules a fait l'objet de mesures résolues en état. Alors que les atomcules résistent à des millions de collisions dans l'helium pur, des contaminants moléculaires comme H2 les détruisent immédiatement, même à basse température. Dans le cadre Born-Oppenheimer, nous interprétons l'interaction moléculaire, calculée par des techniques de chimie quantique ab initio, en termes de chemins réactifs classiques, qui présentent des barrières d'activation compatibles avec celles mesurées pour He et H2. Nous montrons par une approche Monte Carlo de trajectoires classiques que la thermalisation détruit fortement les populations initiales, portant la fraction estimée des états de capture à 3 %. Nous étudions aussi la recombinaison dissociative pHé + é + e- dans une approche de trajectoires classiques pour les noyaux: nous prédisons la synthèse d'antihydrogène avec un rapport de branchement de 10 %, ainsi qu'une nouvelle classe d'atomcules métastables (alpha, p, e+, 2e-), qui pourrait être confirmée par spectroscopie. Ce travail illustre la transférabilité des concepts de chimie physique à l'étude de processus exotiques en présence d'antimatière, et apporte un éclairage nouveau sur la physico-chimie des radicaux interstellaires froids.

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Tomei, Niccolò. "GRMHD simulations of thick accretion disks in the Event Horizon Telescope era: the role of the mean-field dynamo mechanism." Doctoral thesis, 2022. http://hdl.handle.net/2158/1264722.

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Abstract:

The baryonic matter of the Universe is found almost entirely in the form of plasma, or ionized gas where the moving charges interact with each other through the self-generated currents and the related magnetic fields within a highly material conductive. The energy contained in the plasma in terms of the magnetic field is usually comparable to the kinetic and/or thermal energy of the plasma itself, and many violent observed phenomena are attributable to the sudden release of magnetic energy (e.g. flares and coronal mass ejection in the Sun, gamma ray bursts, gamma flare in magnetars, relativistic jets in active galactic nuclei). Since the Universe may not have formed magnetized, a natural question one needs to answer is what processes can lead to a weak magnetic field, from zero initial fields. Battery-like mechanisms are needed to create primordial extra- galactic fields, which may be amplified to higher values by plasma advection, rotation and collapse to values appropriate for stellar magnetism, up to B ∼ 1012 G, the field of a standard neutron star, a value required to power the surrounding young supernova remnant. Most of these batteries lead to field strengths much weaker than the observed field. So some way of amplifying the field is required. Magnetic fields of small scale and large scale components are observed in various astrophysical settings. This thesis work is focused on the investigation of the amplification mechanisms of magnetic fields in system of gas rotating around a supermassive black hole, following the renewed interest given by the recent imaging of the M87 black hole at millimetre wavelengths by the Event Horizon Telescope (EHT). In most cases an amplification of the magnetic fields may occur also by instabilities capable of converting kinetic energy into magnetic energy. A very efficient and ideal process is the magneto-rotational instability (MRI) that provided a local mechanism, effcient for a wide range of magnetic field strength, which leads to a growth on dynamical time-scales of linear perturbations and naturally develops MHD turbulence. The only necessary condition for its onset is the presence of a differentially rotating fluid threaded by a weak magnetic field. However, the amplification of the magnetic field is a non-ideal process due to the non-linear coupling of small-scale velocity and magnetic field fluctuations, possibly caused by the MRI. The result of this correlation leads to the creation of an electromotive force capable of amplifying magnetic fields. This process is known as mean-field dynamo and has been applied to a large number of astrophysical contexts. Currently, GRMHD simulations of MRI-induced accretion on to rotating black holes are being receiving considerable attention due to the success of the EHT collaboration, capable of imaging the emission and the shadow around the event horizon of a black hole for the very first time. The aim of this thesis work is to provide an alternative numerical accretion modelling to the ideal one in which the initial magnetic field has a well-defined poloidal structure and an intensity not exactly negligible. The mean-field dynamo allows us to investigate the possibility of producing poloidal field necessary for the development of MRI and the launch of jets even starting from the most unfavorable condition, that is an initial toroidal field with extremely lower magnetization than those used in ideal GRMHD simulations. In this work we have investigated, for the first time by means of non-ideal axisymmetric GRMHD simulations, the mean-field dynamo process operating in thick accretion disks around black holes, in the fully non-linear regime. Combined with the differential rotation of the disk, the dynamo process is able to produce an exponential growth of any initial seed magnetic field up to the values required to explain the observations,when the instability tends to saturate even in the absence of artificial quenching effects. Before reaching the final saturation stage we observe a secondary regime of exponential growing, where the magnetic field increases more slowly due to accretion, which is modifying the underlying equilibrium. In the stationary state characterized by the saturation of the magnetic field growth, the dynamo is able to remove the angular momentum and trigger the accretion. Finally, we show that it is possible to reproduce the main diagnostics present in the literature by starting from very unfavorable initial configurations, such as a purely toroidal magnetic field with negligible magnetization. In parallel, we present the contribution to the code Comparison Project that aims to compare ideal GRMHD solutions for the evolution of a magnetized accretion flow in two distinct regimes where turbulence is promoted by the magnetorotational instability.

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Escande, L. "Variabilité des blazars détectés par le télescope spatial Fermi-LAT Etude de 3C 454.3 et développement d'une méthode de génération de courbes de lumière optimisées." Phd thesis, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00778628.

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Abstract:

Dédié à l'étude du ciel en rayons gamma, le satellite Fermi comporte à son bord le Large Area Telescope (LAT), sensible au rayonnement gamma de 20 MeV à 300 GeV. Les données recueillies par le LAT depuis son lancement en 2008 ont permis de multiplier par 10 le nombre de noyaux actifs de galaxie (NAG) détectés dans le domaine du GeV. Les rayons gamma observés dans les NAGs proviennent de processus énergétiques faisant intervenir des particules chargées de très haute énergie. Ces particules sont confinées dans un jet de plasma magnétisé qui prend sa source dans une région proche du trou noir supermassif habitant la zone centrale de la galaxie hôte. Ce jet s'éloigne à des vitesses aussi élevées que 0.9999c, formant dans de nombreux cas des lobes radio sur des échelles du kiloparsec voire du mégaparsec. Les NAGs dont le jet fait un angle faible avec la ligne de visée sont appelés blazars. La combinaison de cette très faible inclinaison du jet par rapport à la ligne de visée et de vitesses d'éjection relativistes donne lieu à des effets relativistes : mouvements apparents superluminiques, amplification de la luminosité et modification des échelles de temps. Les blazars sont caractérisés par une extrême variabilité à toutes les longueurs d'onde, sur des échelles de temps allant de quelques minutes à plusieurs mois. Une étude temporelle et spectrale du plus brillant d'entre ceux détectés par le LAT, 3C 454.3, a été réalisée afin de contraindre les modèles d'émission. Une nouvelle méthode de génération de courbes de lumière à échantillonnage adaptatif est également proposée dans cette thèse. Celle-ci permet d'extraire le maximum d'information des données du LAT quel que soit l'état de flux de la source.

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Serpico, Pasquale Dario. "Les Neutrinos comme un outil pour la physique des astroparticules." Habilitation à diriger des recherches, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01064562.

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Abstract:

Ces dernières années, une série d' expériences utilisant des sources naturelles et artificielles de neutrinos ont prouvé que ces particules oscillent; la mesure des paramètres de leur matrice de mélange est en cours et elle guide la conception de futures appareillages et expériences. Théoriquement, cette découverte prouve que les neutrinos sont massives et qu' au moins une extension minimale du Modèle Standard de la physique des particules est nécessaire. Nous décrivons quelques conséquences que cette nouvelle connaissance a sur des systèmes cosmologiques et astrophysiques. En particulier, nous discutons: i) les implications pour les propriétés du fond de neutrinos cosmiques, à la fois dans le scénario minimal et dans certaines extensions non standard; ii) les contraintes cosmologiques actuelles et futures sur la durée de vie des neutrinos; iii) les implications fascinantes de la non-linéairité due à l' auto-réfraction dans l' évolution de la saveur des flux de neutrinos émis par la proto-étoile à neutrons produite lors d' un phénomène de supernova à effondrement de coeur. Enfin, nous décrivons certaines des orientations de recherche possibles pour les années à venir.

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Corrales, Lia Racquel. "High Energy Studies of Astrophysical Dust." Thesis, 2015. https://doi.org/10.7916/D85T3J69.

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Abstract:

Astrophysical dust -- any condensed matter ranging from tens of atoms to micron sized grains -- accounts for about one third of the heavy elements produced in stars and disseminated into space. These tiny pollutants are responsible for producing the mottled appearance in the spray of light we call the "Milky Way." However these seemingly inert particles play a strong role in the physics of the interstellar medium, aiding star and planet formation, and perhaps helping to guide galaxy evolution. Most dust grains are transparent to X-ray light, leaving a signature of atomic absorption, but also scattering the light over small angles. Bright X-ray objects serendipitously situated behind large columns of dust and gas provide a unique opportunity to study the dust along the line of sight. I focus primarily on X-ray scattering through dust, which produces a diffuse halo image around a central point source. Such objects have been observed around X-ray bright Galactic binaries and extragalactic objects that happen to shine through the plane of the Milky Way. I use the Chandra X-ray Observatory, a space-based laboratory operated by NASA, which has imaging resolution ideal for studying X-ray scattering halos. I examine several bright X-ray objects with dust-free sight lines to test their viability as templates and develop a parametric model for the Chandra HETG point spread function (PSF).

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(8803361), Yonggang Luo. "Radiative Processes in Relativistic Astrophysical Plasmas." Thesis, 2020.

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Abstract:

Synchrotron radiation and inverse Compton (IC) scattering are the two most essential radiation mechanisms in high energy astrophysics. Synchrotron radiation typically dominates lower energy emission, up to GeV, and IC scattering dominates higher energy gamma-ray emission. In this work, radiation codes are developed to calculate broadband synchrotron and IC spectra for relativistic astrophysical sources: Pulsar Wind Nebulae (PWNe) and Gamma-Ray Bursts (GRBs). Our robust radiation code takes into account varying intrinsic plasma properties (e.g., magnetic field evolution), various inverse Compton processes (synchrotron self-Compton and external Compton) while accounting for Klein-Nishina effects, as well as relativistic bulk motion of the emitting plasma.

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"Astrophysical neutrinos at the low and high energy frontiers." Doctoral diss., 2013. http://hdl.handle.net/2286/R.I.20985.

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Abstract:

abstract: For this project, the diffuse supernova neutrino background (DSNB) has been calculated based on the recent direct supernova rate measurements and neutrino spectrum from SN1987A. The estimated diffuse electron antineutrino flux is ∼ 0.10 – 0.59 /cm2/s at 99% confidence level, which is 5 times lower than the Super-Kamiokande 2012 upper limit of 3.0 /cm2/s, above energy threshold of 17.3 MeV. With a Megaton scale water detector, 40 events could be detected above the threshold per year. In addition, the detectability of neutrino bursts from direct black hole forming collapses (failed supernovae) at Megaton detectors is calculated. These neutrino bursts are energetic and with short time duration, ∼ 1s. They could be identified by the time coincidence of N ≥2 or N ≥3 events within 1s time window from nearby (4 – 5 Mpc) failed supernovae. The detection rate of these neutrino bursts could get up to one per decade. This is a realistic way to detect a failed supernova and gives a promising method for studying the physics of direct black hole formation mechanism. Finally, the absorption of ultra high energy (UHE) neutrinos by the cosmic neutrino background, with full inclusion of the effect of the thermal distribution of the background on the resonant annihilation channel, is discussed. Results are applied to serval models of UHE neutrino sources. Suppression effects are strong for sources that extend beyond z ∼ 10. This provides a fascinating probe of the physics of the relic neutrino background in the unexplored redshift interval z ∼ 10 – 100. Ultimately this research will examine the detectability of DSNB, neutrino bursts from failed supernovae and absorption effects in the neutrino spectrum.
Dissertation/Thesis
Ph.D. Physics 2013

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Li, Hui. "Particle acceleration near astrophysical compact objects--Several problems in high energy astrophysics." Thesis, 1995. http://hdl.handle.net/1911/19101.

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Abstract:

Particle acceleration in astrophysical plasmas has been a longstanding and challenging problem and it has been both intensively and extensively highlighted by the recent observations from Compton Gamma Ray Observatory on various astrophysical objects, including Gamma Ray Bursts (GRBs), Active Galactic Nuclei (AGNs) and Galactic Black Hole Candidates (gBHCs). In this work, I study the stochastic particle acceleration due to the resonant interactions between the turbulent plasma waves and particles. I employ the particle orbital theory approach by treating the effects of various waves as perturbations to particle's zeroth-order Hamiltonian. The particle's momentum and pitch angle diffusion coefficients ($D\sb{pp},\ D\sb{\mu\mu})$ are derived for interactions of proton/Alfven-wave, electron/fast-magnetosonic-wave and electron /whistler-wave, though the formalism can be generalized to other type of waves. Based on the Monte Carlo code I have developed, which solves the coupled time-dependent wave, particle, and photon kinetic equations, these results have been or are being applied to the central region of both AGNs and gBHCs, with applications for gamma-ray production and energetic particle outflows. By calculating the particle trajectories under the influence of gravity and radiation pressure near the center of galactic black hole accretion disk, I show that the recent discoveries of relativistic outflows from several X-ray binaries (e.g., GRS1915+105 and GROJ1655$-$40) can be well explained by radiation acceleration. The calculated final jet velocity is in good agreement with the observations and further constraints can be put on the composition and the power of those jets. The isotropic but inhomogeneous distribution of GRBs over the whole sky apparently requires more exotic explanations. A novel model for GRBs from high velocity neutron stars, which escape into our Galactic halo, has been developed. I show, in detail, the difficulties the halo models are facing and propose several scenarios to overcome them. This model predicts that bright burst distribution should deviate from isotropy and it still awaits confrontation with the observations.

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Szabo, Anthony Paul. "High energy emissions from astrophysical objects / Anthony Paul Szabo." Thesis, 1992. http://hdl.handle.net/2440/20851.

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Dissertations / Theses on the topic 'Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena'

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