1.4 Détection des RCUHE
1.4.2 D’autres observatoires
Hormis l’observatoire Pierre Auger, deux autres observatoires similaires, utilisant un réseau de sur-face et des télescopes optiques, sont en activité actuellement : Telescope Array (TA) [81] aux Étas-Unis et Yakutsk Air Shower Array [82] en Russie. Ce dernier est composé de scintillateurs, de détecteurs de muons et de télescopes mesurant la lumière Cherenkov. TA est également composé d’un réseau de surface composé de scintillateurs couvrant 700 km2. Trois télescopes à fluorescence équipent le réseau. L’observatoire Pierre Auger et TA joignent actuellement leurs efforts dans la compréhension du comportement des rayons cosmiques : trois analyses communes ont été présentées à l’ICRC17 de
42 Chapitre 1 - Contexte scientifique 2013 [83] permettant de comparer la calibration des instruments et les diverses analyses concernant les caractéristiques du primaire.
Plusieurs expériences de radio détection des rayons cosmiques sont citées dans ce manuscrit, elles sont décrites dans la suite. Leurs périodes d’activité sont présentées dans la figure 1.32.
Fig. 1.32 – Frise chronologique des expériences de radio détection. La figure est extraite de [65]. L’expérience CODALEMA située à Nançay en France [84], une station de radio astronomie, a vu le jour en 2002. Elle est actuellement dans sa troisième phase CODALEMA-3. Les stations radio utilisées pour cette dernière, les plus récemment installées, sont équipées d’antennes Butterfly, développées en 2008 à Subatech [85], elles sont autonomes en déclenchement. Ces stations ont été testées pour la première fois à l’observatoire Pierre Auger par le démonstrateur RAuger décrit dans la section 2.1. CODALEMA est également équipé d’un réseau de scintillateurs dont le but était initialement de dé-clencher les stations de la phase 2. L’antenne Butterfly, ainsi que l’amplificateur associé, bénéficient d’une forte reconnaissance dans la communauté et sont sollicités par d’autres expériences, ils ont no-tamment été choisis pour équiper la phase 2 d’AERA décrite dans la section 2.2.
LOPES a fonctionné de 2003 à 2013. Comme pour CODALEMA, l’expérience a participé au re-nouveau de la radio détection des rayons cosmiques. Le réseau de stations radio dipôles était installé au sein de KASCADE-Grande un réseau de scintillateurs installé dans le campus nord de Karlsruhe en Allemagne. Les stations radio étaient déclenchées par les scintillateurs, l’environnement électroma-gnétique du campus ne permettant pas de fonctionner en déclenchement autonome.
Tunka-Rex [86] est un réseau de stations radio SALLA décrites dans la section 2.3.2 installées au sein du réseau Tunka en Russie composé de photo-multiplicateurs.
Enfin, nous avons mentionné LOFAR. Il s’agit d’un interféromètre géant installé dans plusieurs pays d’Europe dont la France où la station se trouve à Nançay. La station principale est installée aux Pays-Bas. Les détecteurs utilisés sont des dipôles phasés. LOFAR est un instrument de radio
astrono-1.4 - Détection des RCUHE 43 mie, mais le réseau peut être utilisé pour étudier les rayons cosmiques [87].
Conclusion
Ce chapitre a présenté un résumé du statut actuel de nos connaissances sur les RCUHE. Comme nous l’avons vu, les spectres mesurés par les diverses expériences sont en bon accord à ultra-haute énergie avec l’observation d’une suppression du flux. Les brisures dans le spectre sont très utiles dans l’établissement des modèles de création, d’accélération et de propagation des rayons cosmiques qui doivent pouvoir les reproduire. Néanmoins l’origine de ces coupures n’est pas connue de façon certaine, la suppression du flux aux énergies extrêmes par exemple, pourrait correspondre à la coupure GZK comme à la limite d’accélération des sources. Concernant la corrélation des directions d’arrivée des RCUHE avec les objets astrophysiques et la nature de ces particules, un désaccord est observé entre les expériences de l’hémisphère nord, avec les expériences HiRes et TA, dont les observations sont compatibles avec un scénario isotrope d’émission des RCUHE qui eux sont compatibles avec des protons. Dans l’hémisphère sud, l’expérience Pierre Auger observe une corrélation avec les AGNs de l’ordre de 30 % et un alourdissement du spectre à ultra-haute énergie.
Nous avons pu voir tout au long de ce chapitre que la nature des RCUHE est l’enjeu principal de notre compréhension des RCUHE. Plus de statistique sera nécessaire pour trancher sur la nature proton ou fer de ces rayons cosmiques et savoir si un comportement différent est observé selon que l’on observe l’hémisphère sud (Auger) ou l’hémisphère nord (HiRes, TA). L’amélioration de la performance des détecteurs, ainsi que de notre connaissance des modèles hadroniques et des champs magnétiques galactiques et extragalactiques permettra également de contraindre les différents modèles.
Nous avons vu dans la deuxième partie de ce chapitre que les expériences se mobilisent pour tenter de répondre à cette question ouverte concernant la nature des RCUHE. Dans cette optique, l’observatoire Pierre Auger offre un environnement hybride de détection privilégié pour étudier les observables sensibles à la nature du primaire comme la proportion de muons présents dans la gerbe ou le développement longitudinal de celle-ci dans l’atmosphère. Nous avons vu que le champ électrique émis par les gerbes est lui aussi sensible à son développement longitudinal, faisant de la radio détection de rayons cosmiques une technique prometteuse pour l’étude de la nature du primaire. Le réseau de radio détection AERA installé proche de deux sites de télescopes à fluorescence pourra permettre de compléter les informations données par le FD et pourra peut-être participer à la résolution de cette interrogation sur la nature des particules observées aux énergies extrêmes.