Les évènements γ vus par le réseau

L’ajout d’un nouveau télescope possédant une surface de miroir bien plus importante (un seuil de déclenchement escompté de ∼10–20 GeV) et un champ de vue réduit en comparaison des quatre autres télescopes implique l’apparition d’une nouvelle population d’évènements vus par le réseau. Si

1_{https://web.ikp.kit.edu/corsika/}

2_{On reparlera de KASCADE au chapitre7.}

6.3. Reconstruction des évènements γ avec CT5 107 (Deg.) θ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 #evts 0 500 1000 1500 2000

2500 _{HESS-II PSF - all events}

HESS-II PSF - new events

HESS-II PSF - HESS-I events

HESS-I PSF - HESS-I events PSF for true energy < 150.0 GeV

(a) (Deg.) θ 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 #evts 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

HESS-II PSF - all events

HESS-II PSF - new events

HESS-II PSF - HESS-I events

HESS-I PSF - HESS-I events PSF for true energy > 2.0 TeV

(b)

Figure 6.1: Précision angulaire obtenue avec la méthode des ellipses pour différents lots d’évè- nements vus par le réseau de 5 télescopes, ayant une énergie vraie (a) inférieure à 150 GeV et (b) supérieure à 2 TeV. Les distributions verte et rouge représentent les deux populations définies dans le texte : les évènements déjà observés par le réseau HESS-I et les évènements de multiplicité deux ayant déclenché CT5. La distribution noire représente la somme de ces deux lots d’évènements.

Quant à la distribution bleue, elle représente la précision angulaire obtenue avec les évènements déjà détectés en mode stéréo pour lesquelles on a supprimé CT5 de la reconstruction. Sur la sous-figure

(b), les évènements de multiplicité deux ayant déclenché CT5 représentent une fraction négligeable

(<0,1 %) de l’ensemble des évènements vus par le réseau (la courbe verte et la courbe noire sont quasiment confondues).

on considère les évènements qui déclenchent le réseau de télescopes avec une multiplicité minimale de deux, on peut définir les classes d’évènements suivantes :

• celle composée par les évènements qui auraient été détectés par le réseau HESS-I, et pour lesquels on obtient dans la grande majorité des cas une image supplémentaire dans CT5.

Ces évènements sont de multiplicité au moins égale à trois 3 lorsque le cinquième télescope déclenche.

• celle composée par les évènements qui ne déclenchent que CT5 et un télescope de type HESS-

I. Il s’agit de nouveaux évènements, qui n’auraient pas été détectés en mode stéréo sans la présence de CT5.

Les Figures 6.1a et 6.1b représentent les distributions de la précision angulaire obtenue avec des simulations de γ et avec la méthode des ellipses, respectivement pour des évènements de basse énergie (≤150 GeV) et de haute énergie (≥2 TeV) pour les deux classes d’évènements définies ci- dessus. Sur chacune des figures, la distribution de la précision angulaire obtenue avec HESS-II et associée aux évènements déjà observés avec HESS-I est en vert, celle associée aux nouveaux évènements de multiplicité 2 est en rouge, et enfin celle correspondant à l’ensemble des évènements (somme des deux précédentes) est en noir. À titre de comparaison, lafonction d’étalement du point (PSF)de la première population, correspondant aux évènements déjà détectés en stéréo, et calculée sans CT5, est représentée en bleu. Les coupures de pré-sélection (section 6.4.1) appliquées pour

108 Chapitre 6. Préparation de l’analyse en mode hybride à base de simulations

(a) (b)

Figure 6.2: Évènement γ de 100 GeV vu par CT5 (b) et un télescope de type HESS-I (a).

obtenir ces distributions consistent à sélectionner des images qui possèdent, après « nettoyage 57 », une charge supérieure à 40 p.e., un nombre de pixels au moins égal à trois et une distance nominale inférieure à 80 % du rayon des caméras.

À très basse énergie, la population de γ est majoritairement constituée (à ∼60 %) d’évènements de multiplicité 2 qui déclenchent CT5et un télescope de type HESS-I. On peut en trouver un exemple

sur la Figure6.2. À gauche, la Figure6.2areprésente une caméra de type HESS-I dans laquelle les intensités des charges dans les pixels pour les images passant la pré-sélection sont représentées ainsi que la paramétrisation de Hillas associée (axe principal en noir, l’ellipse est confondue avec le trait noir). L’ellipse de CT5 (en rouge) et son axe principal (en jaune) sont superposés dans cette même

caméra de type HESS-I. À droite, on trouve la cinquième caméra avec pour ce même évènement les intensités des charges dans ses pixels pour l’image passant la pré-sélection ainsi que son ellipse de Hillas et son axe principal. Comme précédemment, sont aussi superposés l’axe principal et l’ellipse de l’image de la caméra de type HESS-I. L’astérisque et l’étoile rouges représentent respectivement la position de la direction vraie et celle de la direction reconstruite. Du fait de la différence en surface entre le grand et les télescopes de taille moyenne, les évènements de ce type possèdent une information conséquente dans CT5 mais très peu de pixels actifs dans un autre télescope ce qui

entraîne un élargissement de la distribution de la PSF (comparer les distributions verte et rouge de la Figure 6.1a). On constate que CT5 permet à très basse énergie d’améliorer la reconstruction

angulaire des évènements déjà détectés et que l’émergence d’une nouvelle classe d’évènements à deux télescopes, entraîne un élargissement de laPSF totale (distribution noire sur la Figure6.1a). Il en résultera également une augmentation sensible de la surface efficace de collection.

À plus haute énergie (Figure 6.1b), on constate tout d’abord que la nouvelle population d’évè- nements (distribution rouge) représente une fraction négligeable de l’ensemble des évènements vu par le réseau (<0,1 %). En effet, il n’est possible d’avoir des évènements de multiplicité deux avec des gerbes de très haute énergie que si leur pied de gerbe est lointain. Or, du fait du champ de vue réduit de la cinquième caméra, l’image d’une telle gerbe dans celle-ci est fortement coupée, ce qui conduit à un barycentre des charges proche du bord de la caméra. Une telle image ne sera pas présélectionnée pour la reconstruction de la géométrie de la gerbe (section 6.4.1). La très grande majorité des évènements auraient donc été détectés par le réseau HESS-I. On constate également sur cette même figure, une légère dégradation de laPSF lorsque CT5 participe à la reconstruction

6.3. Reconstruction des évènements γ avec CT5 109

(a) (b)

Figure 6.3: Évènement γ de 4,61 TeV. Illustration d’une image tronquée dans CT5 conduisant à

une dégradation de laPSF.

de la géométrie de la gerbe (comparer les distributions noire et bleue sur la Figure6.1b). Afin d’en comprendre la raison, nous avons inspecté les images d’un grand nombre d’évènements participant à cette dégradation. Il résulte de cette étude que la principale raison de cette dégradation est la troncation des images de manière asymétrique dans la caméra de CT5. À titre d’exemple, on peut

observer sur la Figure6.3les images associées à un évènement γ, de ∼4,6 TeV et de multiplicité cinq, projetées dans une caméra de type HESS-I (Figure6.3a) et dans la cinquième caméra (Figure6.3b). La même représentation déjà utilisée sur la Figure6.2est appliquée et on a ajouté la position de la direction reconstruite sans CT5qui est représentée par une étoile verte. Lorsque l’image est tronquée

de manière asymétrique par un bord de la caméra, la détermination de l’axe principal de l’ellipse est biaisée, ce qui conduit à une mauvaise estimation de la direction du γ. Un second exemple est donné sur la Figure 6.4 pour un évènement γ de 7,27 TeV. À gauche, la Figure 6.4a représente la cinquième caméra ainsi que l’intensité des charges de ses pixels, l’axe principal et l’ellipse associés. On y trouvera aussi les ellipses et les axes principaux des images observées dans les télescopes moyens. À droite, on a cette fois représenté l’intensité des pixels de CT5 qui possèdent au maximum

15 % de la charge du pixel le plus chaud ainsi que l’ellipse et l’axe principal déterminés à partir de ces charges. On constate la présence d’un halo (queue de la distribution des charges) qui est tronqué de manière asymétrique et qui conduit, comme précédemment, à une mauvaise estimation de l’axe principal. De manière plus anecdotique, du fait de la grande surface de collection de CT5

il est possible d’observer des détails fins de la gerbe, comme par exemple des sous-gerbes dues à des fluctuations du développement de la gerbe au niveau des premières interactions, comme illustré pour un évènement γ de 1,12 TeV sur la Figure 6.5. On observe dès le début du développement de la gerbe (Figure6.5b) une sous-gerbe qui s’écarte de la gerbe principale et qui conduit à une image qui ne présente l’habituelle symétrie axiale des gerbes leptoniques. On constate que cette sous- gerbe est à peine visible dans télescopes moyens et n’affecte pas la reconstruction de la direction de l’évènement. Pour finir, un dernier exemple correspondant à un évènement γ de 6 TeV rendant compte de la grande sensibilité de CT5 est illustré sur la Figure 6.6 (même représentation que sur

la Figure 6.4) qui révèle la présence d’un muon dans l’image de CT5 lorsque l’on ne garde que les

pixels ayant au maximum 15 % de la charge du pixel le plus intense (l’image est aussi tronquée de manière asymétrique).

110 Chapitre 6. Préparation de l’analyse en mode hybride à base de simulations

(a) (b)

Figure 6.4: Évènement γ de 7,27 TeV. Illustration de la présence d’un halo dans une image de CT5

conduisant à une dégradation de la PSF. L’image de droite contient les pixels ayant au plus 15 % de la charge du pixel le plus chaud dans l’image entière.

(a) (b)

Figure 6.5: Évènement γ de 1,12 TeV présentant une fluctuation dans le développement de la gerbe observée par CT5 mais qui n’est pas accessible aux caméras de type HESS-I.