Simulation de cascades électromagnétiques de haute énergie. Julien/Renaud/Natalie

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1 Simulation de cascades électromagnétiques de haute énergie Julien/Renaud/Natalie

2 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

3 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

4 Binaires gamma Pulsars dans un système binaire Etoile massive + pulsar jeune (Maraschi & Treves 1980, Dubus 2006) Microquasar Etoile massive + object compact accrétant

5 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)

6 Cyg X-1: un microquasar en Gamma? INTEGRAL MAGIC Albert et al Malzac et al. 2008

7 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

8 Cascades de paires spatialement étendues Simulations Monte-Carlo: Développement de la cascade 3D Inverse Compton, production de paires e+-e-, synchrotron INTEGRAL Cygnus X-1 MAGIC (Zdziarski, Malzac, Bednarek, MNRAS, 2009)

9 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 )

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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)