CE31 - Physique subatomique, sciences de l'Univers, structure et histoire de la Terre

Révéler l'étendue des halos gamma – GAMALO

Résumé de soumission

En plus d'une décennie d'observation du ciel en rayons gamma, il est apparu qu'une fraction importante de l'énergie cinétique des pulsars est convertie en paires électron-positron ultrarelativistes pouvant se propager jusqu'au milieu interstellaire. Comparés aux protons et autres noyaux du rayonnement cosmique, les électrons et positrons rayonnent facilement leur énergie et vont illuminer le voisinage proche des accélérateurs de particules de notre Galaxie, contribuant ainsi de manière importante à son émission gamma globale, en particulier à très haute énergie.
La découverte récente de halos très étendus de rayonnement gamma autour de pulsars montre que ces particules peuvent être confinées très efficacement sur de grandes distances (>50 parsec) et de longues durées (>100000 ans). Le mécanisme par lequel cela se produit est mal connu. Parmi les options possibles figurent l'injection de turbulence magnétique par des instabilités cinétiques du faisceau de particules qui s'échappent du pulsar, engendrant un auto-confinement des particules, et/ou l'injection de turbulence d'origine fluide à grande échelle par l'expansion du vestige de supernova, suivi par une cascade de cette turbulence aux petites échelles pertinentes pour la diffusion des particules.
Quelque soit le mécanisme de confinement, si notre galaxie abrite une population de milliers de tels halos gamma, les répercussions sur l'exploration et l'interprétation du ciel gamma sont profondes. Cela concerne notamment la quête des sources des noyaux les plus énergétiques du rayonnement cosmique, et en particulier dans les sites de formation stellaire et les régions internes de notre Galaxie, où se trouvent la plupart des pulsars. L'existence de halos de paires de grande taille et longue durée de vie doit être prise en compte dans la construction d'une compréhension fine de l'émission gamma de notre Galaxie.
L'objectif de ce projet est de révéler l'étendue de ce phénomène. Grâce à des simulations magnétohydrodynamiques et de type particle-in-cell, nous allons explorer la physique du confinement de paires autour des pulsars pour évaluer si et comment le phénomène se développe dans différents environnements galactiques. A partir d'observations gamma existantes ou disponibles prochainement, nous allons sonder la population de halos gamma de notre Galaxie sur une bande spectrale large et à différentes échelles afin d'établir fermement la place de ces objets dans le panorama à haute énergie de notre Galaxie. Enfin, nous nous appuierons sur cette connaissance théorique et observationnelle pour préparer l'observations de halos avec les futurs instruments gamma et radio, en développant les outils et stratégies pour poursuivre notre exploration du phénomène et assurer que les halos ne biaisent pas les observations et interprétations d'autres phénomènes astrophysiques à haute énergie.

Coordinateur du projet

Monsieur Pierrick Martin (Institut de recherche en astrophysique et planétologie)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie
LUPM Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
CENBG CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES DE BORDEAUX GRADIGNAN
IRFU Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers

Aide de l'ANR 496 847 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

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