Astrophysique à Haute Energie

Cosmic rays are high energy particles reaching our planet, whose spectrum  ranges from sub GeV up to 10^10 GeV energies. The bulk of the observed cosmic rays, probably up to PeV energies, is likely of galactic origin and is thought to be accelerated at supernova remnant shocks and to propagate diffusively through the Galaxy. The acceleration mechanism, the escape of accelerated particles from the sources and their subsequent propagation toward us and out of the Galaxy, are all pieces of the same complex puzzle, namely the origin of cosmic rays. A fascinating and yet not

L'expérience H.E.S.S.-2 (High Energy Stereoscopic System) [1] est un réseau de télescopes Tcherenkov  mesurant des rayons gamma dans le domaine des très hautes énergies (au-delà de ~30GeV). Cet observatoire est un des instruments au sol les plus performants au monde : grâce à son grand champ de vue, sa bonne résolution angulaire et sa grande sensibilité il permet de détecter et d'étudier l'émission gamma de sources galactiques aux plus hautes énergies.

The center of our Galaxy hosts a Super-Massive Black Hole (SMBH). Since it has been argued that the SMBH can accelerate particles up to very high energies, its current and past activity must contribute to the population of Galactic cosmic-rays (CRs), the energetic particles that pervade the Galaxy.

The center of our Galaxy hosts a Super-Massive Black Hole (SMBH). Since it has been argued that the SMBH can accelerate particles up to very high energies, its current and past activity must contribute to the population of Galactic cosmic-rays (CRs), the energetic particles that pervade the Galaxy. Ten years ago the HESS experiment has reported a bright TeV point-like source at a position compatible with that of the SMBH. After subtraction of this point source, a diffuse emission stretching over few degrees along the Galactic longitude was revealed.

L'effondrement gravitationnel qui marque la mort d'une étoile massive engendre la plupart du temps une étoile à neutron fortement magnétisée en rotation rapide: un pulsar. Comme ces événements sont rares on connaît très mal la distribution des périodes de rotation à la naissance qui peuvent aller de quelques ms à quelques centaines de ms. Les pulsars ralentissent très rapidement et leur énergie rotationnelle est convertie en un vent de particules chargées relativistes qui, une fois confinées par le milieu ambiant, créent une nébuleuse de pulsar.

L'effondrement gravitationnel qui marque la mort d'une étoile massive engendre la plupart du temps une étoile à neutron fortement magnétisée en rotation rapide: un pulsar. Comme ces événements sont rares on connaît très mal la distribution des périodes de rotation à la naissance qui peuvent aller de quelques ms à quelques centaines de ms. Les pulsars ralentissent très rapidement et leur énergie rotationnelle est convertie en un vent de particules chargées relativistes qui, une fois confinées par le milieu ambiant, créent une nébuleuse de pulsar.

Plus de cent ans après leur découverte, les rayons cosmiques galactiques demeurent encore mal compris. Pour expliquer le spectre des cosmiques détectés au sol, il doit en effet exister des sites d’accélération de particules capables de produire des protons de plusieurs PeV (10^15 eV), les PeVatrons. Or, à ce jour, nous n’avons pas détecté de manière claire de tels sites. Pourtant, l’interaction de ces protons avec la matière ambiante doit produire un spectre de rayons gamma s’étendant au-delà de la dizaine de TeV. 

Les rayons cosmiques sont des protons relativistes (plus une petite fraction d'électrons et des noyaux d'atomes) qui atteignent la Terre de n'importe quelle direction dans le ciel avec la même intensité. Ils ont été découverts en 1912, mais nous ne savons toujours pas comment et où ils sont accélérés. Résoudre le problème de l'origine des rayons cosmiques est extrêmement important pour comprendre les mécanismes par lesquels les particules sont accélérées jusqu'à des énergies ultra-relativistes.