RECHERCHES D’EMISSION DIFFUSES EN RAYONS GAMMA DE TRES HAUTE ENERGIE ET PHYSIQUE FONDAMENTALE AVEC H.E.S.S. ET CTAO // SEARCH FOR DIFFUSE EMISSIONS AND SEARCHES IN VERY-HIGH-ENERGY GAMMA RAYS AND FUNDAMENTAL PHYSICS WITH H.E.S.S. AND CTAO

Les observations en rayons gamma de très hautes énergies (THE, E>100 GeV) sont cruciales pour la compréhension des phénomènes non-thermiques les plus violents à l’œuvre dans l’Univers. La région centre de la Voie Lactée est une région complexe et active en rayons gamma de THE. Parmi les sources gamma de THE se trouvent le trou noir supermassif Sagittarius A* au coeur de la Galaxie, des vestiges de supernova ou encore des régions de formation d'étoiles. Le centre Galactique (CG) abrite un un accélérateur de rayons cosmiques jusqu’à des énergies du PeV, des émissions diffuses du GeV au TeV dont le « Galactic Center Excess » (GCE) dont l’origine est encore inconnue, de potentielles sources variables au TeV, ainsi que possibles populations de sources non encore résolues (pulsars millisecondes, trous noirs de masses intermédiaires). Le CG devrait être la source la plus brillante d’annihilations de
particules massives de matière noire de type WIMPs. Des candidats matière noire plus légers, les particules de type axions (ALP), pourraient se convertir en photons, et vice versa, dans les champs magnétiques laissant une empreinte d’oscillation dans les spectres gamma de noyaux actifs de galaxies (AGN).
L'observatoire H.E.S.S. situé en Namibie est composé de cinq télescopes imageurs à effet Cherenkov atmosphérique. Il est conçu pour détecter des rayons gamma de quelques dizaines de GeV à plusieurs dizaines de TeV. La région du Centre Galactique est observée par H.E.S.S. depuis vingt ans. Ces observations ont permis de détecter le premier Pevatron Galactique et de poser les contraintes les plus fortes à ce jour sur la section efficace d'annihilation de particules de matière noire dans la plage en masse du TeV. Le futur observatoire CTA sera déployé sur deux sites, l'un à La Palma et l'autre au Chili. Ce dernier composé de plus de 50 télescopes permettra d'obtenir un balayage sans précédent de la région sur Centre Galactique.
Le travail proposé portera sur l'analyse et l'interprétation des observations H.E.S.S. conduites dans la région du Centre Galactique pour la recherche d'émission diffuses (populations de sources non résolues, matière noire massive) ainsi que des observations menées vers un sélection de noyaux actifs de galaxie pour la recherche d'ALPs constituant la matière noire. Ces nouveaux cadres d'analyses seront implémentés pour les analyses CTA à venir. Une implication dans la prise de données H.E.S.S. est attendue.
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Observations in very-high-energy (VHE, E>100 GeV) gamma rays are crucial for understanding the most violent non-thermal phenomena at work in the Universe. The central region of the Milky Way is a complex region active in VHE gamma rays. Among the VHE gamma sources are the supermassive black hole Sagittarius A* at the heart of the Galaxy, supernova remnants and even star formation regions. The Galactic Center (GC) houses a cosmic ray accelerator up to energies of PeV, diffuse emissions from GeV to TeV including the “Galactic Center Excess” (GCE) whose origin is still unknown, potential variable sources at TeV, as well as possible populations of sources not yet resolved (millisecond pulsars, intermediate mass black holes). The GC should be the brightest source of annihilations of massive dark matter particles of the WIMPs type. Lighter dark matter candidates, axion-like particles (ALP), could convert into photons, and vice versa, in magnetic fields leaving an oscillation imprint in the gamma-ray spectra of active galactic nuclei (AGN).
The H.E.S.S. observatory located in Namibia is composed of five atmospheric Cherenkov effect imaging telescopes. It is designed to detect gamma rays from a few tens of GeV to several tens of TeV. The Galactic Center region is observed by H.E.S.S. for twenty years. These observations made it possible to detect the first Galactic Pevatron and place the strongest constraints to date on the annihilation cross section of dark matter particles in the TeV mass range. The future CTA observatory will be deployed on two sites, one in La Palma and the other in Chile. The latter composed of more than 50 telescopes will provide an unprecedented scan of the region on the Galactic Center.
The proposed work will focus on the analysis and interpretation of H.E.S.S observations. carried out in the Galactic Center region for the search for diffuse emissions (populations of unresolved sources, massive dark matter) as well as observations carried out towards a selection of active galactic nuclei for the search for ALPs constituting dark matter. These new analysis frameworks will be implemented for the future CTA analyses. Involvement in taking H.E.S.S. data. is expected.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Astroparticules (GAP)
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : MOULIN Emmanuel
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DPhP/GAP

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

Master 2, Ecole d'ingénieur