Julien/Renaud/Natalie

Simulation de cascades
électromagnétiques de haute énergie
Julien/Renaud/Natalie
Cascades/Gerbes
Ensemble de particules crées par l’interaction d'une particule incidente
avec son milieu environnant.
Electromagnétiques (photons/leptons) ou
Hadroniques (hadrons, quarks, gluons…)
!
Détecteurs de particules
!
Atmosphère terrestre:
Rayons comiques
Astronomie gamma
(telescopes Tcherenkov)
“Terrestrial Gamma-ray
Flashes”
!
!
Cascades en astrophysique:
Environnement des objet compacts (binaires gamma)
Millieu extragalactique (cascades cosmologiques)
Milieux ténus dominés par le rayonnement: cascades électromagnétiques
Ambient opt/IR photon
!
Développement d’un code Monte-Carlo à l’IRAP pour:
Reconstruire le rayonnement primaire à partir du rayonnement
secondaire observé
Sonder le milieu dans lequel se développe la gerbe
Binaires gamma
Pulsars dans un système binaire
Etoile massive + pulsar jeune
(Maraschi & Treves 1980, Dubus 2006)
Microquasar
Etoile massive +
object compact
accrétant
Processus d’émission
fortement anisotropes
Anisotropie Compton:
collisions photon-électron frontales favorisées
si électrons isotropes: émission focalisée vers la source de photons mous
!
+ effets spectraux en régime KN
Opacité gamma-gamma: photons gamma plus absorbés si:
prés de l’étoile
propagation en direction de l’étoile
Flux et spectre THE observés dépendent de la phase orbitale
(cf Dubus 2006; Dubus, Cerutti & Henri 2008)
Cyg X-1: un microquasar en Gamma ?
INTEGRAL
MAGIC
Albert et al. 2007
Malzac et al. 2008
Absorption gamma-gamma dans Cygnus X-1
Durant la détection MAGIC, le trou noir se trouvait derrière l’étoile...
aucune détection attendue si l’on ne prends pas en compte
l’effet de la cascade de paires étendue
Cascades de paires spatialement étendues
Simulations Monte-Carlo:
Développement de la cascade 3D
Inverse Compton, production de paires e+-e-, synchrotron
Cygnus X-1
INTEGRAL
MAGIC
(Zdziarski, Malzac, Bednarek, MNRAS, 2009)
!
Modulation orbitale dans LS 5039
Injection d’électrons (PL pente -2) à la position de l’objet compact
Contraintes sur:
Courbe de lumière totale
i=40 deg, B~0.8 gauss
la géométrie: source gamma proche de l’objet compact, faible
inclinaison
le champ magnetique dans le vent de l’étoile < 10 G
(Cerutti, Malzac, Dubus & Henri 2010 )
Effet du champs magnétique
!
L’énergie des leptons est rayonnée
par IC et Synchrotron.
Competition entre les deux
processus.
L’énergie des photons
synchrotrons est trop basse pour
former des paires e+-e-. Ils ne
contribuent pas la cascade.
flux absorbé
Si le champs magnétique est trop
fort, la cascade est supprimée, pas
d’émission au TeV.
Peut permettre de sonder le champs magnétique dans le vent de l’étoile
compagnon
Cherenkov Telescope Array
Large bande (10-10^5 GeV)
+ sensibilité:
découverte de nouvelles
sources
spectroscopie résolue en
temps
spectres en fonction de la
phase orbitale
Cascades cosmologiques
Source gamma lointaine (Noyau Actif de Galaxie/ Sursaut Gamma)
Production de paires e+-e- sur les photons du CMB
Compton Inverse sur le fond diffus extragalactique IR/optique/UV
!
Pas de détection claire à ce jour
Cascades cosmologiques
!
Observables:
Spectres en énergie
Dispersion spatiale: halo autour
de l’image de la source ponctuelle
Effets temporels: les photons de la
cascade arrivent après les photons
primaires
!
Résultat sensible à
l’amplitude et longueur de
cohérence du champs magnétique
extragalactique
l’évolution du fond de
rayonnement diffus en fonction
du redshift
(D. Sarria, Stage Master)
!
➡ Contraintes sur les modèles
cosmologiques
Conclusion
!
Comparaison entre simulations et observations de cascades:
sonder l’environnement des objets compact (vent d’étoiles massive ou
de pulsars) à des échelles intermédiaires
sonder le milieu extragalactique (champ magnétique)