Observations à très hautes énergies avec H.E.S.S

PKS 0301-243 a été observé par H.E.S.S. entre août 2009 et décembre 2011 pour un temps d’observation total de 58.5 h. Ces données ont été prises dans une gamme d’angles zénithaux comprise entre 0 et 20 , ce qui assure un seuil en énergie minimal. Le décalage vers le rouge de PKS 0301-243 étant relativement élevé pour un objet à très hautes énergies (z = 0.266), l’émission au TeV est fortement absorbée par création de paires sur le FLE (voir chapitre4), le flux à 1 TeV étant absorbé à environ 95%. Dans ce cadre, un faible seuil en énergie est important pour pouvoir détecter l’objet et avoir une bonne reconstruction du spectre en énergie. Les données ont été prises en mode wobble (voir chapitre 2) avec un pointé décalé de 0.5 par rapport à la position nominale de PKS 0301-243, ce qui permet d’évaluer simultanément le signal et le fond. Les données ont été analysées en utilisant la méthode model (voir chapitre 2). L’analyse a été confirmée en utilisant une méthode de reconstruction par analyse multivariée basée sur la méthode Hillas et la méthode Model 3D (voir chapitre 2).

L’analyse a été effectuée en utilisant des coupures dites standard (voir [125] pour une définition de ces coupures) qui permettent de supprimer efficacement le fond hadronique. Dans la région dite "ON", un cercle de rayon 0.1 centrée sur la position de la source mesurée en infrarouge, 900 candidats sont observés. Le fond est estimé run par run dans des régions de contrôle dites "OFF" situées au même décalage de pointé de 0.5 par rapport au centre de la caméra que pour la zone "ON", comme expliqué au chapitre2. Pour avoir une bonne estimation du fond, la taille de la région "OFF" est prise dans cette analyse 12 fois plus grande que la région "ON". Dans la région "OFF", 7683 candidats sont observés. Ceci correspond donc à un excès de 264 candidats dans la région "ON", pour une significativité de 9.4 calculée avec la formule 17 de [138], couramment utilisée en astronomie gamma.

La distribution angulaire centrée sur la position de la source du nombre de candidats est montrée sur la figure 5.1. Un excès significatif est bien observé dans la zone "ON" de 0.1 centrée sur la position de la source. Malgré un léger excès de candidats dans un secteur angulaire compris entre 0.1 et 0.15 autour de la source, la distribution des évènements est compatible avec la fonction d’étalement d’un point (FEP). Dans le cadre de cette analyse, la FEP attendue par simulations Monte-Carlo a un rayon angulaire contenant 68% de l’excès de 0.06 contre 0.22 pour 99% de l’excès. La carte d’excès de candidats en unités de coups par arcmin2 _{est montrée}

sur la figure5.2. La carte est lissée par la FEP obtenue par simulations Monte-Carlo, qui est également montrée dans l’encadré de la figure. Un ajustement de la carte non lissée avec la FEP donne comme position pour l’excès de candidats ↵J2000=

03h₀₃m₂₃s_.49±1s_.19

stat±1s.30syst, J2000= 24 0703500.86±1500.35stat±1900.50syst. Cette

position, montrée par l’étoile sur la figure5.2, est en accord avec la position mesurée en infrarouge [216] de ↵J2000 = 03h03m26s.49, J2000= 24 0701100.50

Le spectre en énergie de l’excès de photons à la position de PKS 0301-243 est montré sur la figure 5.3. Le seuil en énergie pour la reconstruction du spectre est de 200 GeV. En dessous de cette énergie, les réponses instrumentales pour cette

5.1. Observations multi-longueurs d’onde de PKS 0301-243 59 ] 2 [ deg 2 θ 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Events 100 200 300 400 500 600 H.E.S.S. PKS 0301-243 Observation time: 42.6 h σ Significance: 9.4

Figure5.1 – Distribution angulaire par rapport à la position de PKS 0301-243 du nombre de candidats (croix noires) et du nombre normalisé de candidats de fond. La ligne en tirets-pointillés montre la limite d’intégration de la zone ON.

Right Ascension (J2000) -46.5 -46 -45.5 -45 Declination (J2000) -25 -24.5 -24 -23.5 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 m 06 h 03 03h04m 03h02m 03h00m 00’ ° -25 30’ ° -24 00’ ° -24 30’ ° -23 H.E.S.S. PSF

Figure 5.2 – (Extrait de [215]) Carte d’excès de candidats lissée en unités de coups par arcmin2_{. La fonction d’étale-}

ment d’un point (FEP) est montrée dans l’encadré. L’étoile marque la position de PKS 0301-243 mesurée en infrarouge.

analyse spécifique, déterminées à partir de simulations Monte Carlo du détecteur, souffrent de grandes incertitudes systématiques ce qui ne permet une reconstruction correcte du spectre. La valeur du seuil en énergie est déterminée à partir de l’accep- tance lorsqu’elle devient trop faible. Comme expliqué au chapitre2, à faible énergie, l’acceptance décroît rapidement en raison de la difficulté croissante de détecter des gerbes atmosphériques plus ténues. Le critère retenu est ici une acceptance minimale à 15% de la valeur de l’acceptance maximale dans la gamme du spectre en énergie. Le spectre est reconstruit avec une technique dite de "forward folding" (voir cha- pitre2) avec un estimateur de vraisemblance supposant que le nombre de coups dans chaque bin en énergie reconstruite suit une distribution de Poisson. Une technique de reconstruction par "forward folding" est mieux adaptée pour cette étude qu’une technique de déconvolution telle que présentée au chapitre3car l’information prin- cipale recherchée est celle de l’indice spectral de la source, obtenu par l’ajustement d’une loi de puissance.

Le spectre en énergie est bien décrit par une loi de puissance (dN/dE / (E/Ed) )

avec un 2 _{par degré de liberté équivalent à la statistique de l’estimateur de vrai-}

semblance de 2_/n

d.o.f. = 35.2/29. L’indice spectral ajusté sur les données est =

4.6 ± 0.7stat± 0.2systet l’énergie de décorrélation, c’est à dire l’énergie pour laquelle

l’incertitude sur le modèle est la plus faible est Ed = 290 GeV. Le flux intégré au des-

sus de 200 GeV est I(E > 200 GeV) = (3.3 ± 1.1stat± 0.7syst), ⇥10 12ph cm 2s 1,

correspondant à 1.4% du flux de la nébuleuse du crabe au dessus du même seuil en énergie. L’ajustement des données avec une parabole logarithmique (voir chapitre2) ou une loi de puissance avec coupure exponentielle n’améliore pas la modélisation.

60 Chapitre 5. Observations du blazar PKS 0301-243

True energy [ TeV ] 1 ] -1 T e V -1 s -2 dN/dE [ cm -18 10 -17 10 -16 10 -15 10 -14 10 -13 10 -12 10 -11 10 -10 10 H.E.S.S. PKS 0301-243 0.3 3

Reconstructed energy [ TeV ] 1 ] χ Δ Residuals [ -5 0 5 0.3 3

Figure5.3 – (Extrait de [215]) Spectre de PKS 0301-243 à THE. En haut : la ligne bleue est l’ajustement d’une loi de puissance sur les données, en fonction de l’éner- gie vraie. Les points sont une représentation des données déconvoluées de la réponse instrumentale, pour le modèle spectral ajusté. Le papillon bleu représente l’incerti- tude sur l’ajustement à un niveau de confiance de 1 . Les limites supérieures sont données à 3 en utilisant la méthode de Feldman et Cousins [217]. En bas : résidus de l’ajustement normalisés par les erreurs en fonction de l’énergie reconstruite. La ligne bleue correspond au cas sans déviation.