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Séminaire interne LAL Alain Cordier, Sylvie Dagoret-Campagne, Delphine Monnier-Ragaigne, Xavier Garrido, Cécile Germain-Renaud, Balázs Kégl, Marcel Urban,

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Présentation au sujet: "Séminaire interne LAL Alain Cordier, Sylvie Dagoret-Campagne, Delphine Monnier-Ragaigne, Xavier Garrido, Cécile Germain-Renaud, Balázs Kégl, Marcel Urban,"— Transcription de la présentation:

1 Séminaire interne LAL Alain Cordier, Sylvie Dagoret-Campagne, Delphine Monnier-Ragaigne, Xavier Garrido, Cécile Germain-Renaud, Balázs Kégl, Marcel Urban, Hanrong Wu Jean-Noël Albert, René Bilhaut, Dominique Breton, Chafik Cheikali, Oleg Lodygensky, Ludovic Raux, Christophe Sylvia, Vanessa Tocut Premiers résultats de lObservatoire Pierre Auger

2 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido2 Plan du séminaire Problématiques liées au rayonnement cosmique dultra- haute énergie -Spectre en énergie (GZK), nature des sources, composition LObservatoire Pierre Auger : un détecteur hybride Recherche danisotropies : corrélation avec les AGNs proches Implications & résultats connexes

3 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido3 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Spectre régulier sur 12 décades en énergie -Loi de puissance dindice moyen -2.7

4 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido4 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Spectre régulier sur 12 décades en énergie -Loi de puissance dindice moyen -2.7 Région UHE : E > eV - Faible statistique : 1part./km 2 /siècle à eV

5 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido5 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Situation pour le moins confuse !

6 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido6 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie

7 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido7 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Contexte théorique : effet GZK (1966) Pertes énergétiques ~15% / 2 Mpc

8 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido8 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Contexte théorique : effet GZK (1966) Pertes énergétiques ~15% / 2 Mpc

9 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido9 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Contexte théorique : effet GZK (1966) Seul lUnivers proche (< 200 Mpc) contribue au flux au-delà de eV

10 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido10 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Modèles de production des RCUHEs : - Scenarii « bottom-up » : Accélération par des objets astrophysiques candidats sérieux : noyaux actifs de galaxies (AGN), sursauts gamma … - Scenarii «top-down » : Désintégration de particules supermassives particules de masse >> eV défauts topologiques, reliques du big-bang …

11 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido11 Les rayons cosmiques dultra-haute énergie Modèles de production des RCUHEs : - Scenarii « bottom-up » : Accélération par des objets astrophysiques Composition : particules chargées (proton, noyaux) Distribution des directions darrivées : ANISOTROPE (si effet GZK) - Scenarii «top-down » : Désintégration de particules supermassives Composition : particules légères (photon, neutrinos) Distribution des directions darrivées : ISOTROPE

12 Observatoire Pierre Auger LObservatoire Pierre Auger est situé à Malargue (Argentine) et est le premier détecteur hybride jamais construit. A terme il couvrira une surface de 3000 km 2 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido12 LObservatoire Pierre Auger

13 Observatoire Pierre Auger 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido13 LObservatoire Pierre Auger 24 télescopes de fluorescence détectant la lumière de désexcitation du N 2 ( nm) émise au passage des e -/+ de la gerbe profil longitudinal LObservatoire Pierre Auger est situé à Malargue (Argentine) et est le premier détecteur hybride jamais construit. A terme il couvrira une surface de 3000 km 2

14 Observatoire Pierre Auger 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido14 LObservatoire Pierre Auger 24 télescopes de fluorescence détectant la lumière de désexcitation du N 2 ( nm) émise au passage des e -/+ de la gerbe profil longitudinal LObservatoire Pierre Auger est situé à Malargue (Argentine) et est le premier détecteur hybride jamais construit. A terme il couvrira une surface de 3000 km cuves deau placées à 1500 m les unes des autres et chargées de détecter les particules secondaires via la production de lumière Cerenkov profil latéral

15 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido15 LObservatoire Pierre Auger Mesures hybrides : calibration SD/FD Signal(SD) E calo. (FD) 2 techniques indépendantes Compréhension des systématiques Reconstruction des événements Meilleure précision dans la reconstruction géométrique

16 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido16 LObservatoire Pierre Auger 10 km Auger Sud : Lat S, Long W, alt m SD et 2 sites FD en Janvier SD et 4 sites en Septembre 2007 Fin de la construction début 2008 Acceptance saturée au dessus de eV pour des gerbes verticales ( <60 ) Présentation des résultats : données 1 er Janvier Aout km 2.sr.an (1750 km 2.sr.an AGASA / 3500 km 2.sr.an HiRes) - E > eV 81 événements - < 60

17 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido17 Méthode de recherche danisotropie Définition du lot de données par ajustement de lénergie minimum E Définition du catalogue de sources par ajustement de sa profondeur z Comptage du nombre dévénements k à moins dun écart angulaire dune source (1 corrélation) Calcul de la probabilité dobtenir ce nombre de corrélation par hasard Prob. binomiale cumuléeProb. pour un RC vu par Auger (correction dexposition) de tomber à moins de ° dune source du catalogue Recherche du minimum de P(E,z, ) en fonction de E, z,

18 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido18 Exploration avant juin 2006 Scan des paramètres E, z, pour trouver le minimum de P(E,z, ) - on ajoute les événements un par un en partant du plus énergétique et jusquà un minimum de eV (241 événements au total) - utilisation du 12 ème catalogue dAGN de Veron-Cetty & Veron : sources jusquà z=0.05 (~200 Mpc) - Comptage des corrélations pour allant de 1.1 à 6.1 Minimum de P(E,z, ) : - E = eV - z = (~75 Mpc) - = événements parmi les 15 sélectionnés corrèlent : P min =10 -6 Mais … nous avons fait un scan donc P min doit être corrigé (correction de lordre de 10 3 évaluée par MC) Motivation pour une prescription

19 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido19 La prescription Tester le signal sur un lot de données indépendant On fixe les paramètres E, z, à ceux donnant le plus grand signal dans la phase exploratoire E = eV / z = / = 3.1 On construit une série de test dont chacun est appliqué après larrivée dun événement dénergie > eV Les données sont déclarées anisotropes (CL > 99%) si lun des test est satisfait avant larrivée du 35 ème événements Prescription validée le 28 Mai 2007, 1 an après avoir été lancée

20 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido20 Résultats Sur lensemble des données de Jan /31 Août événements sur 27 sont corrélés avec les AGN du catalogue 1 chance sur 10 5 dobtenir une telle configuration « par hasard » - E = eV - z = = 3.2

21 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido21 Résultats - Cercles noirs (rayon 3.1º) 27 RC avec E > eV. - Etoiles rouges positions des 472 AGN (318 dans le champs de vue) avec z<= Ligne continue, limite de champs de vue dAuger sud. Ligne pointillée plan super galactique. - Bande de couleurs, exposition relative. - Etoile blanche Centaurus A

22 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido22 Premières conclusions Les sources sont extra-galactiques et proches (N min de sources = 61) Le rayonnement est anisotrope

23 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido23 Premières conclusions Les sources sont extra- galactiques Le rayonnement est anisotrope Fonction dauto-corrélation Nombre de paires pour les 27 événements Nombre de paires pour un flux isotrope

24 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido24 Premières conclusions Les sources sont extra-galactiques et proches (N min de sources = 61) Le rayonnement est anisotrope Les galaxies actives sont des candidats plausibles Plus de données pour identifier les sources et leurs caractéristiques

25 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido25 Implications de lanisotropie Le spectre en énergie

26 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido26 Implications de lanisotropie Le spectre en énergie Un comportement en loi de puissance dindice spectral est rejeté au-delà de eV avec une significativité de 6 MAIS le spectre à lui seul ne peut confirmer leffet GZK !

27 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido27 Implications de lanisotropie Le spectre en énergie E corr. ~ eV La structure du spectre + lanisotropie des sources EFFET GZK

28 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido28 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE lanisotropie des sources défavorise les modèles « top- down » Résultats corroborés par les mesures sur le flux de photons Auger limit

29 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido29 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE - les déflections dans le champ magnétique Galactique sont prop. à la charge du RC

30 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido30 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE - les déflections dans le champ magnétique Galactique sont prop. à la charge du RC Distribution des angles de déflection pour des protons modèle BSS-S : proton E = eV Données Auger : 27 événements E > eV Sous lhypothèse que le modèle BSS-S soit correct alors léchelle angulaire de la corrélation est compatible avec une majorité de protons

31 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido31 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE - Si le rayonnement cosmique est dominé par des protons au- delà de eV alors

32 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido32 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE - Si le rayonnement cosmique est dominé par des protons au- delà de eV alors - les résultats de composition montrent au contraire un changement de composition de léger vers lourd Changement de la physique hadronique à ces énergies ?

33 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido33 Implications de lanisotropie La composition du RCUHE - les résultats de composition montrent au contraire un changement de composition de léger vers lourd Changement de la physique hadronique au-delà de eV

34 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido34 Conclusions Lanisotropie du rayonnement cosmique au-delà de eV est établie Les AGNs sont des candidats sérieux mais seul laccumulation de données permettra raisonnablement didentifier les sources du RCUHEs

35 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido35 Conclusions Lanisotropie du rayonnement cosmique au-delà de eV est établie Les AGNs sont des candidats sérieux mais seul laccumulation de données permettra raisonnablement didentifier les sources du RCUHEs (Aucun événement du cluster de Virgo !!)

36 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido36 Conclusions Lanisotropie du rayonnement cosmique au-delà de eV est établie Les AGNs sont des candidats sérieux mais seul laccumulation de données permettra raisonnablement didentifier les sources du RCUHEs Lanisotropie couplée aux résultats sur le spectre en énergie confirment lexistence dune coupure GZK Validité de la relativité restreinte jusquà des facteurs = Lanisotropie couplée aux résultats sur le flux de photons excluent lensemble des modèles « top-down »

37 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido37 Conclusions Lanisotropie du rayonnement cosmique au-delà de eV est établie Les AGNs sont des candidats sérieux mais seul laccumulation de données permettra raisonnablement didentifier les sources du RCUHEs Lanisotropie couplée aux résultats sur le spectre en énergie confirment lexistence dune coupure GZK Validité de la relativité restreinte jusquà des facteurs = Lanisotropie couplée aux résultats sur le flux de photons excluent lensemble des modèles « top-down » La corrélation observée accrédite lhypothèse que les RC sont en majorité des protons Désaccord avec les prédictions des modèles hadroniques Changement de la physique hadronique à des énergies 3 E CM (LHC)

38 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido38 BACKUP séminaire interne LAL 22/01/2008

39 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido39 Rapport de vraisemblance Rapport R comme fonction des événements au dessus de 57 EeV. Lhypothèse nulle (isotropie) rejetée avec 995 de confiance au 10ième événement. Les régions colorées indiquent les valeurs attendues pour R dans 68% et 95% des cas isotropes. Test erreur de type I, Test erreur de type II R< /(1- ) Accepter H0 (données isotropes) R> (1- )/ Accepter H1 (données anisotropes)

40 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido40 Depuis le 31 Août 2007 …

41 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido41 Depuis le 31 Août 2007 …

42 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger Etudes des sources Cartes avec horizon GZK de 60 EeV ( ~ 200 Mpc). En haut IRAS et IRAS biaisé, σ = 3º. En bas catalogue VC σ = 2º (VC 2deg) et σ = 4º (VC 4deg). Les point noirs sont les 27 événements avec E > 57 EeV.

43 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger Etudes des sources (II) Cartes avec horizon GZK de 80 EeV ( ~ 90 Mpc). En haut IRAS et IRAS biaisé, σ = 3º. En bas catalogue VC σ = 2º (VC 2deg) et σ = 4º (VC 4deg). Les point noirs sont les 27 événements avec E > 57 EeV.

44 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger

45 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger

46 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger

47 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger

48 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger

49 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger Horizon GZK Echelle de la corrélation : D~100Mpc, E~60 EeV, ~4º Pour des proton issus de sources uniformément distribuées de spectre E -2.7 et Emax>>10 20 EeV avec des pertes GZK continues H~ EeV et 90 EeV. Pris au pied de la lettre cela supposerait une correction vers le haut de lénergie denviron +30% MAIS La distribution locale des sources nest pas iniforme Emax peut être très proche de Lndice spectral nest pas nécessairement 2.7 D et H ne sont pas directement connectés

50 Marseilles- 17/12/2007 -Collaboration Auger Photon Limit Neutrino Limit

51 22/01/ Séminaire LALXavier Garrido51


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