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Theses Year : 2020

Sources and detection of high-energy cosmic events

Sources et détection d’événements cosmiques de haute énergie

Abstract

In the last decade, new classes of sources (fast radio burst, binary neutron star mergers, ...) have been discovered thanks to progress in photon astronomy at all wavelengths. With the advent of multimessenger astronomy, we were able to scrutinize them with cosmic rays, neutrinos, photons and gravitational waves. The first part of this thesis is dedicated to the study of the high-energy and ultra-high energy neutrinos. Since the discovery in 2013 by IceCube of a diffuse neutrino flux, two major questions have been raised: what are the sources of this diffuse flux, and can we detect neutrinos at higher energies (> PeV). To help answering these questions, we first present a model of high-energy neutrino emissions from neutron star mergers. We then examine the radio detection of extensive air showers induced by ultra-high-energy neutrinos, with a study of a detector optimisation, and a detailed analysis of the signal characteristics and develops a reconstruction procedure. The second part of this thesis is dedicated to the study of the fast radio bursts. These brief, coherent and numerous radio pulses, have not been identified yet and many experimental unknowns remain. We first propose a source model focusing on the question of the pulses rates. Finally, we present an observational program conducted with the NenuFAR instrument, located in the Nançay Radio Astronomy Station, dedicated to the detection and the characterisation of FRBs at low frequency (<100MHz).
Ces dernières années, de nouvelles classes de sources (sursaut radio rapide, fusion d’étoiles à neutron, etc…) ont été découvertes grâce aux progrès de l’astronomie photonique à toutes les longueurs d’ondes. Avec l’avènement de l’astronomie multi-messager, nous avons été capable de les scruter à travers les rayons cosmiques, les neutrinos, les photons et les ondes gravitationnelles. La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude des neutrinos de hautes et ultra hautes énergies. Depuis la découverte en 2013 par IceCube d’un flux diffus de neutrinos, deux questions centrales sont apparues : quelles sont les sources de ce flux diffus, et pouvons-nous détecter des neutrinos à plus haute énergie encore (>PeV). Afin d’aider à répondre à ces questions, nous présentons en premier un modèle d’émission de neutrinos de hautes énergies résultant de la fusion d’étoiles à neutron. Nous examinons ensuite la possibilité de radio détecter les gerbes atmosphériques induites par les neutrinos d’ultra hautes énergies, à travers une étude sur l’optimisation d’un tel détecteur, et une analyse détaillée des caractéristiques du signal et de sa reconstruction. La deuxième partie de cette thèse est dédiée à l’étude des sursauts radio rapides (FRB). Ces pulses radio, brefs, cohérents et nombreux, n’ont pas été identifiés encore et de nombreuses inconnues expérimentales persistent. En premier, nous proposons un modèle de source expliquant les taux de sursauts observés. Enfin, nous présentons un programme observationnel, conduit par l’instrument NenuFAR, situé à la Station de Radio Astronomy de Nançay, dédié à l’observation des FRB aux basses fréquences (100MHz).
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Dates and versions

tel-03153273 , version 1 (06-11-2020)
tel-03153273 , version 4 (26-02-2021)
tel-03153273 , version 2 (27-04-2021)
tel-03153273 , version 3 (29-04-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03153273 , version 4

Cite

Valentin Decoene. Sources and detection of high-energy cosmic events. High Energy Astrophysical Phenomena [astro-ph.HE]. Sorbonne Université, 2020. English. ⟨NNT : 2020SORUS028⟩. ⟨tel-03153273v4⟩
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