Reconstruction et sélection des événements

6.1.1.2 Sélection . . . 113 6.1.2 Détermination du flux . . . 114 6.1.2.1 Biais de reconstruction en énergie . . . 114 6.1.2.2 Surface efficace pour des électrons diffus . . . 116 6.1.3 Validation de la chaîne d’analyse . . . 117 6.1.3.1 À l’aide de simulations Monte-Carlo . . . 117 6.1.3.2 À l’aide d’une source connue . . . 118

6.2 Sélection et qualité du lot de données . . . 119

6.2.1 Sélection des données . . . 119 6.2.2 Description de l’échantillon de données . . . 121 6.2.3 Description des événements sélectionnés . . . 123

6.3 Résultats . . . 124

6.3.1 Spectre d’électrons . . . 124 6.3.2 Comparaison avec les autres mesures du spectre des électrons et des

positrons . . . 125 6.3.3 Ajustement des données . . . 126

6.4 Étude des erreurs systématiques liées à l’analyse . . . 127

6.4.1 Méthode de détermination des erreurs systématiques . . . 127 6.4.2 Les erreurs systématiques liées aux coupures de l’analyse . . . 128 6.4.3 Autres erreurs systématiques . . . 130 6.4.4 Combinaison des systématiques . . . 138 6.4.5 Biais dû au nombre de télescopes impliqués dans la reconstruction . . . 140

6.5 Comparaisons avec les autres chaînes d’analyse . . . 142 6.6 Interprétations des résultats . . . 146

Reconstruction spectrale des électrons et des positrons du rayonnement cosmique avec H.E.S.S.

Les électrons et les positrons constituent une émission diffuse galactique de grand intérêt pour l’étude des rayons cosmiques et de leur propagation dans la Galaxie. La détermination de leur spectre en énergie, séparément ou conjointement, a de fortes implications pour toute une série de questions que nous avons abordées aux chapitres 1 et 2. Dans ce chapitre, toutes les étapes nécessaires à la mesure du spectre en énergie des électrons et des positrons avec le réseau de télescopes H.E.S.S. sont détaillées. Dans un premier temps nous décrivons la chaîne d’analyse mise en place, tenant notamment compte du caractère diffus du signal recherché. Ensuite nous nous attardons sur deux tests permettant de valider cette chaîne d’analyse : le premier consiste à reproduire un spectre d’électrons obtenu à l’aide de simulations Monte-Carlo tandis que le second consiste à reproduire le spectre en énergie de sources γ ponctuelles. Puis nous nous intéressons aux méthodes de sélection et de contrôle de la qualité des données qui sont au cœur de cette analyse. Ensuite nous présentons le résultat obtenu et nous le comparons aux précédentes mesures. Dans la section suivante nous étudions en détails les erreurs systématiques liées à cette analyse et en particulier nous nous intéressons à la contamination de hadrons dans la mesure du spectre. Enfin, dans une dernière partie, nous discutons les implications physiques du résultat que nous avons obtenu.

6.1

Mise en place et validation de la chaîne d’analyse

La chaîne d’analyse standard de H.E.S.S. a été utilisée pour la reconstruction des événements. Mais étant donné le caractère diffus des électrons et des positrons que nous nous proposons d’étudier, elle n’a pas pu être utilisée pour la détermination du spectre en énergie. Afin de mener à bien cette étude, une analyse dédiée a donc été développée s’appuyant autant que faire se peut sur la chaîne d’analyse standard (qui a été extensivement testée). Cette partie présente en détail cette analyse et les tests qui ont été réalisés pour évaluer ses performances et sa robustesse.

6.1.1 Reconstruction et sélection des événements

6.1.1.1 Reconstruction

Cette étape de l’analyse correspond en tout point à la chaîne d’analyse standard. La recons- truction des événements utilise la méthode du modèle semi-analytique que nous avons présentée à la section 4.4.2. Il existe trois principales configurations d’analyse couramment utilisées pour la reconstruction semi-analytique dans la collaboration H.E.S.S. : la première est optimisée pour un signal de faible intensité, la seconde est optimisée pour obtenir un signal de grande qualité (en général pour une source dont l’intensité est forte) et la troisième est intermédiaire et est qualifiée de « standard ». C’est cette configuration « standard » que nous avons appliquée pour notre chaîne d’analyse. Cette configuration implique une sélection qui précède la reconstruction d’un événement. Cette sélection consiste en des « coupures de formes » sur les images dans chacune des caméras d’un événement. Ainsi, les « coupures de formes » d’une reconstruction « standard » impliquent que :

• l’amplitude de l’image, c’est-à-dire le nombre de photo-électrons détectés, doit être au mi- nimum de 60 dans une image pour que le télescope concerné participe à la reconstruction ;

• la distance angulaire du barycentre de l’image au centre de la caméra, aussi appelée angle hors-axe, soit inférieure à 2° pour que le télescope concerné participe à la reconstruction ;

Mise en place et validation de la chaîne d’analyse

• le nombre de télescopes remplissant les deux conditions précédentes soient au minimum de deux afin que la reconstruction stéréoscopique fonctionne.

Les événements qui remplissent ces critères sont alors reconstruits. Ainsi, pour chaque prise de données, nous avons accès à l’ensemble des événements détectés, passant les « coupures de formes » et dont l’ajustement à l’aide du maximum de vraisemblance a convergé, dans le champ de vue de la caméra.

6.1.1.2 Sélection

C’est à cette étape qu’interviennent les coupures d’analyse qui permettent la discrimination entre hadrons et gerbes électromagnétiques. Nous utilisons pour cela les variables discriminantes introduites à la section 4.4.2. Ici encore nous appliquons les coupures de l’analyse dite « stan- dard » :

• le paramètre Mean Scaled Shower Goodness doit être compris entre -3 et 0,6 ;

• le point de première interaction de la particule incidente doit être compris en -1 et 4.

Ces deux coupures, et en particulier celle sur Mean Scaled Shower Goodness, permettent une ex- cellente discrimination entre gerbes hadroniques et gerbes électromagnétiques (voir section 4.4.2). À ces deux coupures nous en ajoutons trois permettant de s’assurer de l’excellente qualité de la reconstruction des événements :

• l’événement doit avoir été reconstruit par les 4 télescopes ;

• le paramètre d’impact doit être inférieur à 150 m ;

• l’angle hors-axe doit être inférieur à 1,5°.

Les coupures appliquées sont donc plus sélectives que les coupures d’une analyse « standard », elles différencient donc cette analyse de la chaîne d’analyse standard. Aussi, cette excellente qualité des événements permet à la discrimination entre les gerbes hadroniques et les gerbes électromagnétiques d’être d’autant plus efficace, ce qui se révèle critique pour une telle analyse. L’importance de la coupure sur le nombre de télescopes sera abordée à la section 6.4.5, tandis que l’impact de la coupure sur le paramètre d’impact et sur l’angle hors-axe sera détaillé à la section 6.4.2. Cette excellente discrimination se fait au prix d’une perte importante d’événements mais, comme nous le verrons, cette analyse n’est pas limitée par le manque de statistiques. De plus, ces coupures sont nécessaires pour atteindre les excellents taux de réjection hadronique dont nous avons besoin.

Reconstruction spectrale des électrons et des positrons du rayonnement cosmique avec H.E.S.S.