Observations à hautes énergies avec Fermi/LAT

Le LAT (Large Area Telescope) est un détecteur placé à bord du satellite Fermi de la NASA, lancé en juin 2008 [218]. Il est constitué de 16 couches fines en tungstène permettant de convertir les rayons gamma incidents en paires électron/positrons, superposées avec des couches de silicium servant à suivre la trace des électrons et positrons afin de remonter à la direction d’arrivée du photon. L’énergie des électrons et positrons est ensuite mesurée dans un calorimètre constitué d’un cristal de iodure de césium scintillant donnant ainsi une estimation de l’énergie du photon. L’ensemble est entouré par un bouclier d’anti-coïncidence qui permet d’identifier et de rejeter les rayons cosmiques. La mission principale de Fermi/LAT est d’effectuer un relevé du ciel en rayons gamma, une couverture du ciel étant effectuée en l’espace de trois heures. Il est sensible aux rayons gammas au dessus de 20 MeV et son efficacité au dessus de la centaine de GeV est limitée par sa faible acceptance (de l’ordre du m2₎

au vu des flux typiques des sources à ces énergies.

Des analyses précédentes des données prises avec le LAT autour de PKS 0301- 243 montrent que le NAG a eu une période de forte activité entre les mois d’avril et

5.1. Observations multi-longueurs d’onde de PKS 0301-243 61 mai 2010 [219,220]. Cette période de forte activité avec des flux allant jusqu’à 34 fois le flux moyen en activité normale est appelée dans la suite "éruption". Durant cette éruption, des photons à des énergies supérieures à 100 GeV sont détectés [221]. De plus, PKS 0301-243 est associé dans le catalogue des sources les plus brillantes de Fermi sous le nom de 0FGL J0303.7-2410 [222] et dans le catalogue après un an de données sous le nom de 1FGL J0303.5-2406 [223]. Dans le catalogue après deux ans de données, PKS 0301-243 est associé au nom 2FGL J0303.4-2407 et est rapporté comme détecté avec une significativité de 47 et un flux d’énergie F = (7.66 ± 0.42) ⇥ 10 11 _{erg cm} 2_s 1 _{pour un indice spectral = 1.94 ± 0.03 dans la}

gamme d’énergie entre 100 MeV et 100 GeV [224].

Les données publiques du LAT entre les dates du 4 aout 2008 et du 1er _oc-

tobre 2012 sont utilisées dans l’analyse qui suit. Les données ont été analysées avec les outils publics Fermi Science Tools v9r27p1 et les réponses instrumentales P7SOURCE_V6. Les produits de l’analyse, les spectres et les courbes de lumière, sont obtenus avec une méthode d’analyse dite "binée" où un estimateur de vraisemblance supposant que le nombre de coups dans chaque bin de l’espace ainsi que dans chaque bin en énergie suit une distribution de Poisson. Les évènements reconstruits dans la classe SOURCE, c’est à dire identifiés comme candidats gammas, sont utilisés dans l’analyse. Par ailleurs, seuls les évènements ayant une énergie mesurée entre 200 MeV et 300 GeV et spatialement reconstruits dans une région circulaire de 10 autour de la position nominale de PKS 0301-243 sont retenus. Des coupures supplémentaires sont ajoutées sur l’angle zénithal (✓z < 100 ), qui est l’angle entre l’axe Terre-satellite et

la direction du photon incident, ainsi que sur l’angle de balancement (✓b < 52 ) entre

l’orientation du satellite et ce même axe Terre-satellite. Ces coupures, recomman- dées pour l’analyse standard des données du LAT permettent notamment d’éviter la contamination par les photons provenant de l’interaction de rayons cosmiques sur l’atmosphère terrestre. Le modèle isotrope d’émission extragalactique diffuse ainsi que du bruit instrumental iso_p7v6source est utilisé conjointement avec le modèle spatial d’émission Galactique diffuse gal_2yearp7v6_v0 pour l’ajustement du bruit de fond.

Pour prendre compte de l’éruption de PKS 0301-243 dans la période avril/mai 2010, un découpage temporel est effectué de la façon suivante : pour l’analyse spec- trale de cette éruption, les données sont retenues entre le 26 avril 2010 (MJD 55312) et le 5 mai 2010 (MJD 55323). Pour l’analyse spectrale en période d’activité nor- male, les évènements sont retenus entre le 5 aout 2008 (MJD 54683) et le 24 février 2010 (MJD 55251) ainsi qu’entre le 4 juin 2010 (MJD 55351) et le 1er octobre 2012 (MJD 56201). Durant la période d’éruption définie plus haut, PKS 0301-243 est détecté par le LAT avec un test statistique (TS, [225]) de 1190.20, ce qui correspond environ à une significativité de 34 . Dans l’état bas, la source est détectée avec un TS de 2236.13, correspondant à une significativité d’environ 47 . Dans les deux états d’activité, le spectre est bien ajusté par une loi de puissance. Les paramètres de cet ajustement sont montrés sur la table5.1 avec le flux intégré entre 200 MeV et 300 GeV. La table montre les valeurs du test du rapport du logarithme de la vraisemblance (TRLV) qui permet de comparer différentes hypothèses spectrales,

62 Chapitre 5. Observations du blazar PKS 0301-243 Table5.1 – Paramètres spectraux pour l’ajustement des données du LAT dans l’état bas et l’état éruptif. TRLV est la valeur du Test du Ratio du Logarithmique de la Vraisemblance (voir le texte pour plus de détails).

Hypothèse TS Premier paramètre Second paramètre F0.2 300 GeV TRLV / Prob.

(10 8_{ph cm} 2_s 1₎ LP 2236.13 1.94 ± 0.03 – 2.08 ± 0.10 – Etat bas LPB 2239.15 1.69 ± 0.18 1.98 ± 0.04 1.97 ± 0.13 2.15 / 22.6% PL 2236.91 1.92 ± 0.04 0.013 ± 0.017 2.04 ± 0.11 0.53 / 39.2% LP 1190.20 1.86 ± 0.05 – 34.3 ± 2.5 – Etat éruptif LPB 1193.52 1.41 ± 0.39 1.91 ± 0.07 33.4 ± 5.2 1.54 / 26.6% PL 1193.01 1.80 ± 0.07 0.041 ± 0.034 33.6 ± 2.5 1.56 / 26.4%

Notes. Le premier paramètre correspond à l’indice spectral pour une loi de puissance (LP), ↵ pour un parabole

logarithmique (PL) ou le premier indice spectre 1 pour une loi de puissance brisée (LPB). Le second paramètre

est soit le second indice spectral 2dans le cas d’une LPB, soit le paramètre de courbure dans l’hypothèse d’une

PL. Pour le modèle de la PL, Ebest fixé à 1 GeV. L’énergie de brisure pour la LPB est respectivement 0.60 ± 0.15

GeV et 0.47 ± 0.33 GeV dans l’état bas et l’état éruptif.

ainsi que la probabilité de l’hypothèse nulle, c’est à dire que la loi de puissance ajuste mieux les données. Ce test montre donc qu’une loi de puissance brisée ou une parabole logarithmique ne donnent pas un meilleur ajustement aux données. Dans le cas de la loi de puissance, l’indice spectral dans l’état bas est légèrement plus grand que l’indice spectral dans l’état éruptif. Une analyse détaillée dans le temps ne montre cependant pas d’anti-corrélation significative entre l’indice spectral et le niveau de flux. Une étude plus détaillée de la variabilité temporelle du flux de PKS 0301-243 aux hautes énergies sera conduite dans la section 5.2.