Accélération de protons dans les Restes de Supernova – ACCELRSN

Loin d'être résolue, l'origine du rayonnement cosmique Galactique soulève des questions d'actualité sur la source d'énergie capable de maintenir cette population, sur le mécanisme d'accélération mis en jeu, sur l'énergie maximale et la forme spectrale que ce mécanisme confère aux particules. Peut-on à partir d'un seul type de source et de mécanisme d'accélération rendre compte des observations ? - La seule théorie, suffisamment développée pour permettre des calculs quantitatifs et pour rendre compte d'un grand nombre de contraintes observationnelles, est l'accélération diffusive aux chocs forts dans les restes de supernova. La maturité de ces modèles et leur confrontation aux nouvelles observations à haute énergie des restes de supernova vont permettre d'accéder aux paramètres physiques de l'accélération, et spécifiquement à la fraction de protons accélérés dans ces chocs. - Le projet présenté a deux objectifs principaux : - - la détermination de ces paramètres, en ajustant à l'ensemble du spectre (thermique et non thermique), des modèles d'évolution semi-analytiques intégrant de façon cohérente les différents processus physiques pertinents aux restes de supernova. - - le développement de simulations numériques de restes de supernova incluant la rétroaction de l'accélération de protons sur l'hydrodynamique. - L'originalité de notre approche consiste à : - - - contraindre les modèles en ajustant l'ensemble du spectre électromagnétique (thermique et non-thermique) du domaine radio aux rayons gamma du TeV. Nous utiliserons les expériences en fonctionnement dans le domaine des hautes énergies (XMM-Newton, INTEGRAL, HESS et bientôt GLAST, puis HESS II), qui permettent de couvrir l'ensemble des processus de radiation liés au chauffage du gaz et à l'accélération de particules au choc et en particulier à celle des protons avec GLAST et HESS II. - - - utiliser (et développer) des modèles semi-analytiques d'évolution de restes de supernova qui incluent la rétroaction des particules (essentiellement protons) accélérés sur la structure du choc, et incidemment sur l'hydrodynamique du reste et les propriétés thermodynamiques du plasma chauffé par ce choc. Les récentes observations dans le domaine des rayons X de la morphologie des restes de supernova jeunes montrent en effet que l'accélération de particules dans ces objets est énergétiquement importante et a une incidence directe sur la morphologie et l'émission thermique. Il est donc nécessaire de prendre en compte ce couplage dans les modèles, et d'ajuster les données sur l'ensemble du spectre thermique et non-thermique. - - - développer des modèles 3-D de restes de supernova en incluant l'effet de la rétroaction de l'accélération dans le code de simulation hydrodynamique RAMSES, ainsi que les processus physiques pertinents aux restes de supernova. Nous quantifierons les biais introduits par la modélisation semi-analytique sur la détermination des paramètres reliés au mécanisme d'accélération. Nous déterminerons la signature morphologique de protons accélérés en prenant en compte le développement d'instabilités Rayleigh-Taylor et produirons des modèles dédiés à des restes de supernova clés pour l'accélération de protons. - - La qualité et la nouveauté des données qui sont obtenues actuellement sur les restes de supernova dans le domaine des hautes énergies, en rayons X et plus particulièrement dans le domaine des rayons gamma au TeV, sont exceptionnelles. Elles ouvrent de nouvelles perspectives et apportent des diagnostics clés pour la compréhension de l'accélération dans ces objets. La France, très impliquée dans ces expériences, manque cependant de représentation dans cette thématique, alors que de nouvelles expériences sont en cours de préparation dans ce domaine et devraient fournir dans un avenir proche des résultats de premier plan. Nous souhaitons par ce projet renforcer dans notre laboratoire et au niveau national la thématique des restes de supernova, et plus partic