Letteratura scientifica selezionata sul tema "Rayons gamma aux très hautes énergies"

Les AGN sont des cœurs compacts de galaxies appelées actives lorsqu’elles montrent des signes d’accrétion de matière sur un trou noir super massif situé dans leur centre et de développement de jets relativistes, capables d’éjecter des particules énergétiques à de grandes distances de leur centre. Leurs principales caractéristiques sont l’extrême brillance de leurs cœurs, dominant l’émission la galaxie hôte, et une émission fortement variable sur tout le spectre électromagnétique, allant des fréquences radio jusqu’aux plus hautes, parfois TeV énergies, attribuée aux processus non-thermiques se produisant dans le jet. Environ 10% d’AGN sont radio-lourd, montrant un jet puissant, et sont divisés en radio galaxies et blazars. Les blazars ont un jet relativiste qui est orienté vers l’observateur. A cause des effets relativistes, leur émission est fortement amplifiée et les temps caractéristiques de variabilité sont réduites dans le référentiel de l’observateur, où nous observons parfois de fortes variabilités de flux sur des échelles de temps aussi courts que quelques minutes seulement - événements violents appelés éruptions (flares en anglais). Ils sont les plus spectaculaires dans les plus hautes énergies.Pour étudier l’origine physique de la variabilité observée dans les blazars et AGN en général, une double approche est nécessaire : coordination de programme de surveillance multi-longueur d’onde de sources variables, avec une capacité de déclenchement rapide d’observations en réponse à différentes alertes, pour acquérir des données quasi-simultanées complètes, puis leur analyse et interprétation à l’aide de modèles de transfert radiatif. Dans cette thèse, j’essaie de résumer ma contribution à chacune de ces étapes.J’ai eu le plaisir de faire partie de la collaboration H.E.S.S., qui dirige un réseau de télescopes Cherenkov en Namibie, permettant la détection des éruptions extrêmement puissantes aux très hautes énergies des AGN. J’ai pu contribuer aux observations au sol, faire partie du groupe de sources d’opportunité, qui suit les AGN les plus variables et déclenche des suivis multi-fréquences et en particulier par HESS. La caractérisation statistique des éruptions des AGN détectées par HESS et l’étude d’un blazar extrêmement variable 3C 279, à travers ses éruptions les plus spectaculaires aux hautes et très hautes énergies constituent mes contributions majeures à deux projets menés au sein du groupe de travail sur les AGN de la collaboration HESS.Ce manuscrit commence par introduire la famille d’AGN et notre vision actuelle du scénario unifié. Il présente les différents scénarios physiques généralement évoquées pour expliquer la variabilité des blazars et AGN en général, à différentes échelles temporelles. Puis, des modèles de transfert radiatif sont présentés, qui s’appliquent à deux sous-classes de blazars. Les méthodes d’analyse de données hautes et très hautes énergies sont également détaillées, obtenues par le télescope spatial Fermi et HESS au sol, nécessaires pour contraindre les modèles radiatifs. Ils sont illustrés à travers les exemples de données des éruptions majeures de 3C 279, détectées aux hautes et très hautes énergies. La modélisation de différents états d’activité en rayonnements gamma de hautes énergies d’un échantillon de galaxies particulières Seyfert de type 1 à raies étroites (que l’on pensait être incapable de développer des jets puissants), et la caractérisation statistique des éruptions d’AGN détectés par HESS constituent le cœur central de cette thèse.Les blazars forment la population principale de sources émettrices de rayonnement gamma de hautes énergies, soupçonnés être émetteurs de neutrinos de hautes énergies et potentiellement des rayons cosmiques d’ultra-hautes énergies. Ils servent comme laboratoires naturels pour des tests de physique fondamentale. Beaucoup de questions restent ouvertes et c’est une époque motivante pour l’astronomie dépendante du temps et multi-messager
AGN are the compact cores of galaxies which are referred to as active, when they show signs of matter accretion onto a super-massive black hole at their centre and development of relativistic jets, able to expel highly energetic particles at great distances from their centre. Their main characteristics are extremely luminous cores, which outshine the host galaxy radiation, and highly variable emission across the entire electromagnetic spectrum, from radio to very high, sometimes up to TeV energies, ascribed to non-thermal processes at play in the jet.Approximately 10% of AGN are found to be radio-loud, which exhibit a powerful jet and are divided into the groups of radio galaxies and blazars. In the case of blazars, the jet is closely aligned with the line of sight of the observer and due to relativistic effects, their radiation is heavily Doppler boosted and variability timescales are reduced in the observer’s frame, where high amplitude variability can be observed on timescales down to few minutes only. Such violent events are called flares, with the most spectacular outbursts being observed at the highest energies.In order to study the physical origin of rapid variability observed in blazars and AGN in general, a two-fold apporach is nessecary: coordination of extensive multi-wavelength monitoring programs of variable sources, with the ability to swiftly trigger follow-up observations in response to various alerts, in order to collect coherent sets of quasi-simultaneous data at different frequencies and next, their analysis and interpretation by means of radiative transfer models. In this thesis, I try to summarise my contribution to each of these steps.I had the pleasure to be part of the High Energy Stereoscopic System (HESS) collaboration, operating an imaging Cherenkov telescope array in Namibia, which allows us to detect extremely powerful irruptions in distant AGN at very high energies. I could participate in on-site observations, being part of the Target of Opportunity (ToO) group, where we track variable AGN, request and follow MWL observations and especially HESS triggers, which lead to many exciting discoveries over the years. Statistical characterisation of HESS-detected AGN flares and the study of an extremely variable blazar 3C 279 through its most spectacular flaring events detected at high and very high energies constitute my main contributions to two task forces in the AGN working group of HESS.This thesis starts with an introduction to the AGN family and our current vision of the unification scheme. It presents the different physical scenarios which are generally invoked to explain variability with different timescales in blazars and AGN in general. Next, radiative models are presented, suited for two sub-classes of blazars. Moreover, high and very high energy data analysis techniques, collected with Fermi telescope and HESS are detailed, necessary to constrain the radiative models. They are illustrated with the examples of major high and very high energy flare data sets of 3C 279.The modelling of various high energy gamma-ray activity states of a sample of peculiar Narrow-Line Seyfert 1 galaxies (which were not thought to be able to develop powerful jets), and the statistical characterisation of AGN flares detected with HESS constitute the major core of this thesis.Blazars are the dominant population of sources producing high energy gamma-rays. There is strong indication that they are emitters of high energy neutrinos and possibly ultra-high energy cosmic rays as well. They serve as natural laboratories for fundamental physics tests. Many questions still remain open and it is an exciting era for time-dependent and multi-messenger astronomy

Les études des rayons cosmiques attire un intérêt grâce à l'énigme des rayons cosmiques des très hautes énergies, dont les origines sont inconnus. Le seul moyen pour étudier les rayons cosmiques des énergies >10 /15GeV sont les gerbes qu'ils produisent lors de l'interaction avec l'atmosphère terrestre. Plusieurs types d'expérience de détection des gerbes sont en cours de réalisatrion dans le monde entier. Les études théoriques des gerbes consistent essentiellement en développement des méthodes de simulation. La méthode numérique de résolution des équations des cascade électromagnétique 3D constitue le sujet de ce travail. Elle propose une solution précise et rapide du problème de simulation des gerbes à très haute énergie. Cette méthode est réalisée dans le cadre du logiciel CONEX 3D, qui permet d'effectuer les simulations Monte Carlo, résoudre les équations de cascade et il peut fonctionner en mode hybride qui est optimal au niveau du temps de calcul et de l'usage de mémoire d'ordinateur.

La propagation des rayons Ɣ de très haute énergie (E > 100GeV) dans l'univers est affectée par les propriétés du milieu extragalactique. Ces photons à l'échelle du TeV, issus des processus d'accélération de particules dans les noyaux actifs de galaxies, peuvent en effet interagir avec des photons du fond optique et infrarouge qui baignent l'univers et produire des paires d'électrons et de positrons. Ce processus réduit la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie mais permet en revanche de sonder les propriétés du milieu extragalactique de façon unique. Dans cette thèse, les données prises par le réseau de télescopes à imagerie Tcherenkov atmosphérique H.E.S.S. sont analysées et utilisées afin de caractériser la transparence de l'univers aux rayons Ɣ de très haute énergie. Une mesure indépendante de la distribution spectrale en énergie du fond cosmologique optique et infrarouge est réalisée à travers l'ajustement des modulations observées dans les spectres en énergie obtenus avec H.E.S.S. pour un échantillon de noyaux actifs de galaxies brillants dans une gamme en redshift 0.03 < z < 0.28. Les résultats obtenus sont compatibles avec les limites inférieures dérivées par comptages de galaxies et ne suggèrent pas d'anomalie de la transparence de l'univers aux rayons Ɣ vis à vis des modèles actuels du fond de lumière extragalactique. Des processus de second ordre affectant la propagation des rayons Ɣ de très haute énergie sont également explorés. Des limites sur une brisure de la symétrie de Lorentz à l'échelle de Planck sont obtenues à partir de l'analyse spectrale du noyau actif Mrk 501 observé dans un état de flux exceptionnel par H.E.S.S. en 2014, à grand angle zénithal. Enfin, des contraintes sur le champ magnétique extragalactique sont dérivées en considérant l'émission Ɣ secondaire attendue à partir de simulations des cascades électromagnétiques initiées lors du processus d'absorption pour le noyau actif distant PG 1553+113 vu par H.E.S.S. et le télescope spatial Fermi. Cette thèse a également été l'occasion d'une participation aux développements de certains aspects de la calibration et de l'analyse des données de H.E.S.S
The propagation of very high energy Ɣ rays in the universe depends on the properties of the extragalactic medium. Such TeV-scale photons travelling cosmological distances are -emitted through particle acceleration mechanisms in active galaxy nuclei- can interact with the low-energy photons of the extragalactic background light (EBL) and produce electron-positron pairs. This effect reduces the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays but it also provides a unique opportunity to probe the properties of the extragalactic medium. In this thesis, data taken with the H.E.S.S. array of Cherenkov telescopes are analyzed and used to characterize the transparency of the universe to very high energy Ɣ rays. A independent measurement of the spectral energy distribution of the EBL with H.E.S.S. is presented. It is obtained by extracting the EBL absorption signal from the fit of spectral modulations in the high-quality spectra of a sample of bright blazars in the redshift range 0.03 < z < 0.28. The intensity of the EBL obtained in different spectral bands is presented together with the associated Ɣ-ray horizon. The obtained results are consistent with lower limits derived from galaxy counts and do not suggest an anomaly of the transparency of the universe to Ɣ rays with respect to current models of the extragalactic background light. Second-order processes affecting the propagation of very high energy Ɣ rays in the universe are also considered. Limits on Lorentz invariance violation at Planck scale are obtained from the spectral analysis of the active galaxy nucleus Mrk 501 observed during a high-flux state by H.E.S.S. in 2014, at large zenith angle. Finally, constraints on the extragalactic magnetic field properties are derived by considering the secondary Ɣ-ray emission expected from the simulation of electromagnetic cascades initiated by the absorption process for the distant active galaxy nucleus PG 1553+113 seen by H.E.S.S. and the Fermi Ɣ-ray space telescope. In this thesis some developments related to the calibration and analysis of H.E.S.S. data are also presented

Le centre Galactique (GC) est une région très riche et complexe. Le taux de supernovae (SN) associé à la formation d'étoiles massives y est très élevée et devrait créer une injection continue de rayons cosmiques (CRs) dans le GC à travers les chocs qu'elles produisent. Cette région abrite également un trou noir supermassif (SMBH) de $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, nommé Sgr A*. De nombreux arguments ont permis de montrer que le SMBH pouvait accélérer des particules à très haute énergie (VHE); son activité actuelle et passée pourrait donc également contribuer à la population de CRs. En 2006, la collaboration H.E.S.S. a révélé la présence d'une émission diffuse à VHE dans les 100 pc centraux de la Galaxie, très corrélée à la distribution de matière moléculaire répartie dans la zone moléculaire centrale (CMZ). Une partie importante de cette émission a donc très probablement une origine hadronique mais celle-ci reste toujours inconnue. Nous présentons une nouvelle analyse spectrale et morphologique détaillée de la région en utilisant 10 ans de prise de données de H.E.S.S. ainsi qu’une modélisation de l'émission $\gamma$ induite par les SNe. Nous étudions l'impact de la distribution temporelle et spatiale des SNe dans le CMZ sur la morphologie et le spectre de l'émission: nous construisons un model 3D d'injection de CRs à VHE et d'une propagation diffusive dans la région avec une distribution de gaz réaliste. La contribution des SNe ne peut pas être négligée. Nous montrons qu’un profil piqué de rayon $\gamma$ ainsi qu’un excès de CRs vers le GC peuvent être obtenus en utilisant une distribution spatiale réaliste de SNe prenant en compte les amas d'étoiles massives centraux. La morphologie de l'émission est très dépendante de l'énergie dans ce scénario. Le profil de densité de CRs peut également être reproduit avec une injection stationnaire unique au centre par Sgr A* mais cela implique alors une morphologie stable en énergie. L'utilisation d'une analyse 3D est donc nécessaire pour distinguer les modèles. Nous présentons les premiers résultats de cette analyse que nous avons développé dans la librairie Gammapy afin d'ajuster simultanément un spectre et une morphologie sur des données. Avec la prochaine génération d'instruments comme le Cherenkov Telescope Array, les observations de régions avec une morphologie complexe, avec une émission diffuse ou de multiples sources, vont devenir de plus en plus nombreuses. Elles nécessitent donc également le développement de cette technique. Nous détaillons les premières validations de cette méthode appliquée sur des sources ponctuelles avec un outil Monte Carlo. Pour l’émission diffuse, nous présentons le nouveau spectre obtenu en utilisant une méthode que nous avons développée pour l’extraction spectrale 1D classique. Nous réalisons par ailleurs une analyse morphologique dans différentes bandes en énergie indépendantes en utilisant de nouveaux modèles spatiaux. Pour l'instant, aucune variation significative n'est détectée mais des observations supplémentaires sont nécessaires ainsi qu'une vraie analyse 3D de la région du GC pour pouvoir donner une conclusion définitive. Les observations de CTA permettront de donner des réponses précises à ces questions
The Galactic center (GC) is a very rich and complex astrophysical region. The high supernovae (SN) rate associated with the strong massive star formation should create a sustained cosmic rays (CR) injection in the GC via the shocks they produce. This region also harbors a Super-Massive Black Hole (SMBH) of $4 \times 10^6 \, \rm{M_{\odot}}$, named Sgr A*. Since it has been argued that the SMBH might also accelerate particles up to very high energies (VHE), its current and past activity could contribute to the CR population. In 2006, the H.E.S.S. collaboration revealed the presence of a VHE diffuse emission in the inner 100 pc of the Galaxy in close correlation with the molecular matter spread in the central molecular zone (CMZ). A major part of this emission is thus certainly of hadronic origin but it still remains mysterious. We report a new detailed spectral and morphological analysis of this region using 10 years of H.E.S.S. observations as well as a detailed modelling of the $\gamma$-ray emission induced by the SNe. We study the impact of the spatial and temporal distribution of SNe in the CMZ on the VHE emission morphology and spectrum: we built a 3D model of VHE CR injection and diffusive propagation with a realistic gas distribution. The contribution of SNe can not be neglected. We show that a peaked $\gamma$-ray profile and CR excess towards the GC, can be obtained using realistic SN spatial distribution taking into account the central massive star clusters. A strong dependence on the morphology of the emission with the energy is expected in this scenario. The CR density profile can also be reproduced by a unique stationary injection at the center by Sgr A* but it implies a stable morphology across the energy range. To distinguish the models, we need a 3D analysis. We present the first results of this analysis that we started to design in the software Gammapy to simultaneously fit a spectral and morphological model to the data. The observations of complex morphological regions with diffuse emission or multiple sources will become more and more numerous with the next generation instruments such as the Cherenkov Telescope Array. They will also require the development of this technique. We detail the first validations of this method on point sources using a Monte Carlo tool. For the ridge emission, we report the new spectrum using a method that we developed for the classical spectral fitting necessary for faint emission. By using new spatial templates to describe the complexity of the diffuse emission, we perform a morphological analysis in different energy bands independently. No significant variation is found but more observations are needed to give a conclusive statement as well as a real 3D analysis in the GC region. The observations of CTA will allow to give precise answers to these questions

Les Noyaux Actifs de Galaxies (NAG) sont parmi les sources les plus énergétiques dans l'Univers. Certains possèdent un jet relativiste dont l'émission est purement non-thermique. Lorsque le jet est aligné avec notre ligne de visée, ces objets appelés "blazars" voient leur émission amplifiée par effet Doppler relativiste. Depuis l'avènement de l'astrophysique gamma aux très hautes énergies (THE; E>100 GeV), les télescopes Cherenkov comme H.E.S.S. ont observé près d'une trentaine de NAG, principalement des blazars, depuis le sol. Ils tirent parti du rayonnement Cherenkov issu des gerbes de particules secondaires engendrées par l'arrivée d'un photon gamma dans l'atmosphère terrestre, pour remonter aux propriétés du photon incident et ainsi étudier ces sources extragalactiques. Nous avons étudié l'émission gamma THE rapidement variable du blazar PKS 2155-304, dont deux éruptions majeures ont été détectées en Juillet 2006, grâce à un modèle synchrotron self-Compton (SSC) dynamique. Cette émission variable présente des propriétés extrêmes excluant certains scénarios d'émission standard des blazars. Nous avons aussi développé un modèle d'émission SSC de jets relativistes non alignés avec la ligne de visée, afin d'interpréter la découverte récente par H.E.S.S. de deux radio galaxies, M 87 et Cen A, qui prouve l'émergence d'une nouvelle famille d'émetteurs cosmiques au TeV. Nous concluons avec une étude systématique menée sur l'ensemble des NAG actuellement connus au TeV, à l'aide d'un modèle SSC stationnaire. Nous présentons des diagnostics de prédictions de densités de flux dans ces objets, pouvant être confrontés aux observations futures du Cherenkov Telescope Array (CTA).

Les Noyaux Actifs de Galaxies (NAG) sont parmi les sources les plus énergétiques dans l’Univers. Certains possèdent un jet relativiste dont l’émission est purement non-thermique. Lorsque le jet est aligné avec notre ligne de visée, ces objets appelés “blazars” voient leur émission amplifiée par effet Doppler relativiste. Depuis l avènement de l’astrophysique aux très hautes énergies (THE; E > 100 GeV), les télescopes Čerenkov comme H. E. S. S. Ont observé près d’une trentaine de NAG, principalement des blazars, depuis le sol. Ils tirent parti du rayonnement Čerenkov issu des gerbes de particules secondaires engendrées par l’arrivée d’un photon dans l’atmosphère terrestre, pour remonter aux propriétés du photon incident et ainsi étudier ces sources extragalactiques. Nous avons étudié l’émission THE rapidement variable du blazar PKS 2155-304, dont deux éruptions majeures ont été détectées en Juillet 2006, grâce à un modèle Synchrotron self-Compton (SSC) dynamique. Cette émission variable présente des propriétés extrêmes excluant certains scénarios d’émission standard des blazars. Nous avons aussi développé un modèle d’émission SSC de jets relativistes non alignés avec la ligne de visée, afin d’interpréter la découverte récente par H. E. S. S. De deux radio galaxies, M87 et CenA, qui prouve l’émergence d’une nouvelle famille d’émetteurs cosmiques au TeV. Nous concluons avec une étude systématique menée sur l’ensemble des NAG actuellement connus au TeV, à l’aide d’un modèle SSC stationnaire. Nous présentons des diagnostics de prédictions de densités de flux dans ces objets, pouvant être confrontés aux observations futures du Čerenkov Telescope Array (CTA)
Active Galactic Nuclei (AGN) are among the most energetic sources in the Universe. A subgroup of AGN possesses relativistic jets, the emission of which is purely non-thermal. In the case where the jet is aligned to the line of sight, these objects, called “blazars”, have their emission amplified by the relativistic Doppler effect. Since the advent of very high energy (VHE; E > 100GeV) -ray astrophysics, Čerenkov telescopes like H. E. S. S. Have observed almost thirty AGN, mainly blazars, from the ground. Čerenkov radiation from particle showers created by the interaction of -rays in the terrestrial atmosphere is used to derive the properties of the incident photon and thus to study these extragalactic sources. We have studied the highly variable VHE -ray emission from the blazar PKS 2155- 304, from which two major outbursts were detected in July 2006, within the framework of a dynamic Synchrotron self-Compton (SSC) model. This variable emission presents properties excluding the most standard emission scenarios for blazars. We have also developed an SSCemission model for misaligned relativistic jets, to interpret the recent discovery of VHE -ray emission from two radio galaxies, M87 and CenA, which established the emergence of a new familiy of cosmic TeV emitters. We conclude with a systematic study conducted on all the AGN currently known at TeV with a stationary SSC model. We present tools for predictions of flux densities in these objects, which can be confronted with future observations by the Čerenkov Telescope Array (CTA)

Le centre de notre Galaxie abrite un trou noir super massif appelé Sgr A*. L'expérience HESS a observé la région en rayons gamma de très haute énergie, et a détecté source compacte HESS J1745-290 à une position compatible avec le trou noir, ainsi qu'une émission diffuse qui a été interprétée comme étant due à la présence d'un excès de particules énergétiques fraîchement injectées par un PeVatron. Un point clé quant à l'origine de l'émission diffuse concerne l'établissement de l'association entre Sgr A* et la source au Centre : sa possible extension, son comportement spectral ainsi que ses possibles variations temporelles. En effet, il existe deux objets compatible avec la position de HESS J1745-290, pouvant théoriquement émettre en rayons gamma à très haute énergie : Sgr A* et la nébuleuse de pulsar G359,95-0,04. Cette thèse se propose d'investiguer ces questions aussi bien d'un point de vue théorique qu'à travers l'analyse des très nombreuses données prises par HESS. Ce travail permettra également de dégager les perspectives pour les premières années d'observation du Centre Galactique avec CTA. En reprenant un modèle d'émission gamma via l'interaction en rayons cosmique et nuages moléculaire, et en y incorporant une description spatiale gaz cible, nous avons pu modéliser l'évolution temporelle du flux gamma au TeV à partir d'un spectre d'injection de protons, d'une hypothèse sur la vitesse de diffusion de ceux-ci et d'un scénario d'injection de particules (2 éruptions il y a 100 et 200 ans). Nous trouvons que la variations de flux correspondant à nos hypothèses est de l'ordre de 10 à 15 % sur la période d'observation de HESS. En ce qui concerne l'analyse des données HESS à proprement parler, nous commençons par la mise en pratique de l'analyse spectro-morphologique (ou analyse 3D) récemment mise au point pour HESS, appliquée au Centre Galactique. Cela nous permet d'obtenir le premier spectre intrinsèque de la source HESS J1745-290, c'est-à-dire séparé de toute contribution de l'émission diffuse. Nous effectuons au passage une ré-estimation de l'amplitude des erreurs systématiques de HESS sur les paramètres spectraux, en utilisant notamment les nouveaux outils numériques développés dans le cadre de la librairie python gammapy. La séparation des contributions de HESS J1745-290 et de l'émission diffuse est ce qui nous permet ensuite de suivre l'évolution temporelle de la source centrale. En effet, le suivi d'une source sur une quinzaine d'année est compliqué par les nombreux changements (instrumentaux, climatiques, etc.) qu'a connu le système HESS. Nous utilisons donc l'émission diffuse comme référence pour suivre plus précisément les variations intrinsèques de la source HESS J1745-290. Nous n'observons cependant pas de signe de variabilité sur la période 2004-2019. Pour estimer la sensibilité de HESS aux variations temporelles, afin de déterminer les scénarios d'évolution que l'on peux d'ores et déjà exclure, nous avons simulé des données HESS, en utilisant les fonctions de réponse de l'instrument et différents modèles d'évolution temporelle. Nous trouvons que la variation du flux de HESS J1745-290 sur une année est détectable si elle est supérieure à 30 %. Ensuite, pour une décroissance linéaire du flux entre 2004-2019, HESS est en mesure de la détecter si elle est supérieure à 30 % sur 16 ans. On en déduit que le modèle élaboré précédemment n'est pas exclus par les observations de HESS. Enfin, en utilisant des fonctions d'instrument prévisionnelles pour CTA, nous avons pu effectuer des prédictions sur les performances de CTA quant à l'observation de HESS J1745-290 : nous déterminons que CTA aura une résolution angulaire suffisante pour déterminer si cette source gamma est associée à Sgr A* ou G359,95-0,4. De plus, la sensibilité de CTA aux faibles variations de flux permettra de confirmer ou d'infirmer le scénario d'évolution temporelle étudier dans notre travail
At the Centre of our Galaxy lies a supermassive black hole named Sgr A*. The HESS experiment has been observing the region in very high energy gamma rays, and has detected a compact source HESS J1745-290, compatible in position with the black hole, as well as a diffuse emission, interpreted as a proof of an excess of energetic particles, freshly injected by a PeVatron. The key to understanding the origin of the diffusion emission is the establishment of an association between Sgr A* and the central source : its possible extension, its spectral behaviour and its possible time variations. Indeed, there are two objects compatible with the position of HESS J1745-290, which could theoretically emit very high energy gamma rays : Sgr A* and the pulsar nebula G359,95. This thesis will investigate these questions from a theoretical perspective and then through the analysis of the many data HESS has gather on the Galactic Centre (GC). This work will also allow to offer prospects for the first years of CTA observing the GC. By using gamma ray emission model relying on the interaction between cosmic rays and molecular clouds, and by incorporating a spatial description of the target gas, we were able to model the temporal evolution of the gamma ray flux at TeV energies from a injection spectrum of protons, a hypothesis on their diffusion speed and a particle injection scenario (2 massive flares 100 and 200 years ago). We find that the flux variations corresponding to our assumptions are of the order of 10 to 15% during the HESS observation period. With regard to the analysis of HESS data we begin with the practical application of the spectro-morphological analysis (or 3D analysis) recently developed for HESS, applied to the Galactic Center. This allows us to obtain the first intrinsic spectrum of the HESS J1745-290 source, i.e separated from any contribution from the diffuse emission. We also re-estimate of the amplitude of the systematic errors of HESS on the spectral parameters, using in particular the new numerical tools developed within the framework of the python library gammapy. The separation of the contributions from HESS J1745-290 and the diffuse emission is what allows us to better study the temporal evolution of the central source. Indeed, monitoring a source over fifteen years is made difficult by the many changes (instrumental, climatic, etc.) experienced by the HESS system. We therefore use the diffuse emission as a reference to monitor more precisely the intrinsic variations of the HESS J1745-290 source. However, we do not observe any sign of variability over the period 2004-2019. To estimate the sensitivity of HESS to temporal variations, and in order to determine the evolution scenarios that we can already exclude, we simulated HESS data, using the response functions of the instrument and different models of temporal evolution. We find that the variation in flux of HESS J1745-290 over a single year is detectable if it is greater than 30%. Then, for a linear decrease in flux between 2004-2019, HESS is able to detect it if it is greater than 30% over 16 years. We deduce that the particle injection model developed previously is not excluded by the observations of HESS. Finally, using predictive instrument functions for CTA, we were able to make predictions about CTA's performance with respect to the observation of HESS J1745-290 : we determine that CTA will have sufficient angular resolution to determine whether this gamma source is associated with Sgr A* or G359.95-0.4. In addition, CTA's sensitivity to low flux variations will confirm or invalidate the temporal evolution scenario studied in our work

La thèse présentée dans ce manuscrit est consacrée à l'étude des pulsars brillants en rayons 'y, aux énergies allant de 100 MeV à quelques TeV. Elle repose sur les données de l'instrument LAT à bord du stallite Fermi, et sur celles obtenues avec le système de télescopes Tchernekov au sol H. E. S. S. Installé en Namibie. La mesure spectrale résolue en phase des pulsars avec l'instrument Fermi-LAT, et en particulier celui de Vela (PSR B0835-45) a constitué la première étape de ce travail. La mise au point d'une méthode d'analyse dédiée au cinquième et le plus grand télescope de H. E. S. S. A permis ensuite de détecter l'émission pulséé de PSR B0835-45 depuis le sol, dès 10 GeV, puis d'en mesurer le spectre. Le très bon accord avec celui obtenu avec le LAT a démontré la validité du modèle numérique du télescope et de la méthodologie. Il s'agit du premier pulsar détecté par H. E. S. S. , et du seuil en énergie le plus bas atteint en astronomie Tcherenkov à ce jour. Dans une troisième étape, l'analyse des données de Vela obtenues avec l'ensemble des télescopes du réseau H. E. S. S. A permis de mettre en évidence, avec un bon niveau de confiance (4. 5 écarts standard), l'indication d'un signal pulsé au TeV en provenance de PSR B0835-44. L'évaluation spectrale montre que ce signal, si il est confirmé, représente une seconde composante. Une étude rapide et simple montre que cette composante pourrait être le résultat de la diffusion Compton-inverse des leptons du vent du pulsar, accélérés aux énergies ultra-relativistes au-delà du cylindre de lumière, sur le champ des photons X thermiques de l'étoile à neutrons. Ces résultats ouvrent les perspectives de la physique des pulsars au-delà de la dizaine de GeV et surtout au TeV avec le future observatoire CTA
The thesis presented in this manuscript is devoted to the study of bright pulsars shilling in -y-rays, at energies ranging from 100 MeV to several TeV. It is based on data from the LAT instrument aboard the Fermi satellite, as well as those obtained with the ground-based system of Cherenkov telescopes, H. E. S. S. , * installed in Namibia. The phased-resolved spectral measurements of pulsars with the Fermi-LAT, and in particular that of Vela (PSR B0835-45) constitutes the first step of this work. The development of an analysis method dedicated to the fifth and the largest H. E. S. S. Telescope has enabled us to detect the pulsed emission of PSR B0835-44 from ground, starting as low as 10 GeV on, and then to measure its spectrum. The very good agreement with the results obtained from the LAT data demonstrates the validity of the numerical model of the telescope and of the methodology. This is the first pulsar detected by H. E. S. S. , and the lowest energy threshold reached in Cherenkov astronomy as of today. In a third step, the analysis of data obtained on Vela with all H. E. S. S. Telescopes has resulted in an indication of a pulsed signal in the TeV range from PSR B0835-45, at a good level of confidence (4. 5 standard deviations). The spectral evaluation shows that this signal, if confirmed, represents a second component. A quick and simple study shows that this component could result from inverse Compton scattering of leptons in the pulsar wind, accelerated to ultra-relativistic energies beyond the light cylinder, on neutron star's thermal X-ray photons. These results open the perspectives for pulsar physics at tens of GeV and especially above TeV energies with the future CTA observatory

Notre compréhension des noyaux actifs de galaxie (AGN) a beaucoup progressé récemment avec l’image radio de l’ombre du trou noir de M87, et la détection des ondes gravitationnelles lors de la fusion de trous noirs binaires. Les avancées actuelles de l’astronomie gamma de très haute énergie apportent aussi un nouvel éclairage sur les AGN et leurs jets, qui ont été parmi les premières sources cosmiques à être identifiées au téra-électronvolt (TeV).