Ecole de Physique des Astroparticules
23 -28 mai 2011
OHP, Saint Michel l'Observatoire
L’Astronomie Gamma

Introduction à l’astronomie gamma

Bernard DEGRANGE
Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR)

Cours

Cette introduction a seulement pour but de présenter un panorama des thèmes de physique et des techniques qui seront abordés dans les cours de l'école, en faisant explicitement référence à chacun. La présentation fera surtout appel à des tableaux et à des organigrammes, en donnant quelques exemples concrets pour les illustrer.

Chapitres
  1. Le domaine gamma et ses enjeux astrophysiques
  2. La détection des photons gamma
  1. Une discipline en pleine évolution


RESUME
  1. Le domaine gamma et ses enjeux astrophysiques
    • Les photons gamma, dont la propagation est rectiligne, sont les traceurs des rayons cosmiques (protons et noyaux) dont les interactions avec la matière ou le rayonnement produisent des π 0 ou autres mésons à désintégration radiative.
    • Les autres rayonnements non thermiques : raies gamma nucléaires, bremsstrahlung, rayonnement synchrotron, diffusion Compton inverse, production de gamma par annihilation d'éventuelles particules de matière noire.
    • Ce que ces rayonnements nous apprennent sur leurs sources. Principales sources de rayonnement gamma, leurs domaines spectraux d'émission, leur variabilité éventuelle.
    • Les obstacles à la propagation des gamma de très haute énergie : les rayonnements diffus (micro-ondes, infrarouge, optique) et les environnements très radiatifs.
    • Complémentarité avec les autres domaines spectraux de l'astrophysique, particulièrement la radio-astronomie et l'astronomie X. Distributions spectrales en énergie depuis les ondes radio jusqu'au domaine du TeV.
  2. La détection des photons gamma
    • Les phénomènes de base et leurs domaines d'énergie respectifs : effet photo-électrique, effet Compton, production de paires e+- e-.
    • Panorama des différentes techniques de détection dans divers domaines d'énergie : techniques spatiales de basse énergie (collimateurs, masques codés, télescope Compton, lentille gamma) et de haute énergie (trajectographe + calorimètre) et observatoires au sol (télescopes à effet Tcherenkov atmosphérique).
    • Les défis instrumentaux et les performances actuelles dans les di érents domaines d'énergie : sensibilité et surface e ective de détection, résolution angulaire et résolution en énergie, possibilité de spectro-imagerie, champ de vue. Problèmes concernant les sources variables : suivi des courbes de lumière, temps minimal d'échantillonnage, phénomènes imprévisibles (sursauts gamma). Un dé  pour l'avenir : mesurer la polarisation.
  3. Une discipline en pleine évolution
    • Historique des principales étapes
    • Panorama de l'état de l'art actuel et perspectives

BIBLIOGRAPHIE
  • M. Longair, High Energy Astrophysics, Cambridge University Press 3rd Ed. (2011).
  • F. Aharonian, Cosmic Gamma Radiation : a crucial window on the extreme Universe, World Scienti c Publishing Co (2004).
  • J. Paul & Ph. Laurent, Astronomie Gamma spatiale, Gordon & Breach (1998)
  • H. Völk & K. Bernlöhr, Imaging very-high-energy gamma-ray telescopes, Experimental Astronomy 25 (2009)173.
  • J.A. Hinton & W. Hofmann, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 47 (2009) 523.

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