ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Étude des novae comme accélérateurs de rayons cosmiques avec le Fermi-LAT et H.E.S.S.
par Paul FAUVERGE (Laboratoire de Physique des 2 Infinis de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Salle Marie CURIE LP2i Bordeaux 19 Chemin du Solarium 33170 Gradignan
devant le jury composé de
- Kumiko KOTERA - Directrice de recherche - Sorbonne Université - Rapporteur
- Vincent TATISCHEFF - Directeur de recherche - Université Paris-Saclay - Rapporteur
- Christine GRAUBY-HEYWANG - Professeure - Université de Bordeaux - Examinateur
- François BRUN - Ingénieur - CEA - Examinateur
Les novae sont des phénomènes violents qui se produisent dans des systèmes binaires où une naine blanche accrète la matière de son étoile compagne. Lorsque les conditions nécessaires au démarrage de la fusion de l'hydrogène sont réunies, une explosion thermonucléaire se déclenche, entraînant l'expulsion de matière. Bien qu'observées depuis longtemps à d'autres longueurs d'onde, ce n'est qu'au début des années 2010, grâce au Large Area Telescope embarqué à bord du satellite Fermi (Fermi-LAT), que les novae ont été identifiées comme des sources de rayonnement gamma. Lors de ces explosions, plusieurs composantes d'éjection peuvent coexister, avec des vitesses différentes. Leur interaction conduit à la formation de chocs internes, susceptibles d'accélérer des particules à des énergies relativistes. Ces particules peuvent ensuite produire des photons gamma par différents mécanismes et contribuer, dans une moindre mesure, au flux de rayons cosmiques observé sur Terre. Contrairement aux restes de supernovae, où les processus d'accélération se développent sur des échelles de temps de plusieurs milliers d'années, les novae offrent des laboratoires permettant d'étudier ces phénomènes en quasi temps réel. Cette thèse vise à caractériser l'émission gamma des novae en combinant l'analyse des données du Fermi-LAT et des observations à très haute énergie obtenues avec H.E.S.S. Une méthode d'analyse dédiée aux sources transitoires a été développée et validée, incluant la modélisation du fond, la localisation des sources ainsi que l'extraction de propriétés spectrales et temporelles. L'analyse Fermi-LAT de quatre novae classiques, associée à des données multi-longueurs d'onde, met en évidence des propriétés spectrales et temporelles compatibles, dans la majorité des cas, avec un scénario dominé par des processus hadroniques, dans lequel des protons accélérés interagissent avec la matière dense des éjecta. Pour trois d'entre elles, les observations simultanées avec H.E.S.S. révèlent le rôle déterminant d'effets dépendant du temps, en particulier l'absorption des photons gamma de très haute énergie par production de paires dans les jours suivant l'explosion. Un résultat marquant de ce travail est la mise en évidence d'un premier indice d'émission à très haute énergie par H.E.S.S. associé à une nova classique plusieurs jours après sa découverte, offrant ainsi un accès direct à la composante la plus énergétique de ces explosions. Dans l'ensemble, ces résultats soutiennent une interprétation majoritairement hadronique de l'émission gamma des novae. Leur évolution rapide et leur accessibilité observationnelle en font des objets privilégiés pour contraindre les modèles d'accélération et de rayonnement dans des milieux denses et transitoires. Les perspectives offertes par les futures observations, en particulier avec la prochaine génération de télescopes Cherenkov (CTAO), grâce à un seuil en énergie de quelques dizaines de GeV et à une meilleure sensibilité, permettront d'étendre ces études à un plus grand nombre de novae et de mieux contraindre les processus physiques à l'œuvre dans ces explosions.