Premiers résultats des observations Premiers résultats des observations de Mrk 421 avec HESS .de Mrk 421 avec HESS .

Anne Lemière - PCC/APC Collège de FranceAnne Lemière - PCC/APC Collège de France

Pour la collaboration HESS.

SF2A/PCHE Paris, le 18 juin 2004

H.E.S.S.

•Monture : alt-azimutale .

• Miroir : segmenté en 380 miroirs de 60 cm de diamètre. Surface totale de 107 m2. Focale de 15m.

•Montage Davies-Cotton :compromis entre isochronisme et qualité spatiale de l’image.

•Caméra : 960 PM équipés de cônes Winston .

système stéréoscopique : 4 télescopes sur un carré de 120m de coté. Caméra possédant une électronique rapide et une fine pixelisation . Champ de vue : 5°

Hémisphère sud : Namibie

Gamsberg

Imagerie et analyse standardImagerie et analyse standard

Source S

c

L l

H

D

Paramètres

de Hillas

Ajustement d ’une distribution de charge gaussienne bidimentionnelle.

Critères morphologiques : recherche des coupures donnant la discrimination optimale gamma/hadron .

Imageur Tcherenkov

AGN

Emission radio

Faible (95%) Forte (5%) Vers une diminution de l’angle de vue par rapport au jet Raies

Etroites

Raies

Larges

Raies très faibles

Seyfert 2

Seyfert 1

QSO

FRI, FRII

BLRG, SSRQ, FSRQ

BLAZAR

BL Lacs FSRQ

nuage de matière ionisée à raies d ’émission

Jet / Galaxies hôtes elliptiques

Pas de jet /galaxies hôtes spirales

Les Blazars: des objets Les Blazars: des objets extrêmes

- Spectre continu, non thermique.

- Forte variabilité sur tout le spectre .

Spectre en énergie caractéristique à 2 bosses dans le plan (, F()) .

- Bosse basse énergie : émission synchrotron .

- Bosse haute énergie :

modèles leptoniques : SSC,EC

modèles hadroniques.

Observation des BL Lac au TeV

On observe les électrons les plus énergétiques du jet :

- Mécanismes d’accélération les plus extrêmes:

Variabilité : Contraintes sur la taille de l ’objet.

Transparence aux gammas : Contraintes sur le champ B et .

- Corrélations fortes des émissions en X et en :

Rayonnements produits par la même population d’électrons.

N Blazars

années

z 0.034 0.05 0.13

BL lac en radio

Emetteur au TeV

STATISTIQUE D’OBSERVATION

2 7 29

2 4 6

92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

6

4

2

1Mrk421

Mrk501

1ES1426PKS2344

1ES1959PKS2155 Peu d ’objets

visibles au TeV.

Croissance exponentielle du nombre de sources détectées.

Difficultés d’observation des Blazars au TeV

- Fond de bruit cosmique chargé :

L’efficacité aux gammas dépend de la réjection des hadrons .

Gain en sensibilité en flux~10.

Amélioration grâce a la stéréoscopie + techniques d ’analyse.

- Petit angle de vue des détecteurs au sol : qq degrés

Faible potentiel de découverte de nouvelles sources.

- Atténuation de gammas par le fond infrarouge intergalactique .

Création de paires.

Dépendance en énergie , déformation des spectres.

Densité du fond IR difficile à modéliser .

Mrk 421

Détection en 1992 par EGRET(50MeV - qq GeV)

Whipple l ’observe au TeV avec une significativité stat de 6.3.

Nombreuses campagnes d ’observations multi .

Très grande variabilité temporelle (facteur 2 en une nuit ).

Première source extragalactique découverte au TeV.

Redshift z=0.030

Source de l’hémisphère nord : coord : [38 d 12 ’31.8 ’ ’]

Historique des observations

96-97 Niveau d’activité très faible.

1998 Pics d’activités ~ Crab

Flux moyen mesuré par CAT : Crab/2 .

Campagnes multi . Beppo-Sax ,ASCA,HEGRA,CAT,Whipple

Fortes corrélation sur les niveaux d ’émission clairement établi.

1999 Niveau d’activité très faible.

2000/2001 Regain d’activité important .

Sursauts en Janvier-février 2000 et Mars 2001. (STACEE et CAT)

Observer Mrk 421 avec HESS

Angle Zénithal d’observation : Zen=64 °

Etude en bout de spectre.

Possibilité de contraindre les

modèles aux très hautes énergies.

Continuité ou cassure ?

Mais grande épaisseur d ’atmosphère . Difficulté dans la maîtrise du détecteur.

Z=63°Z=63°

z=20°z=20°

Grand angle - Grande surface efficace de collection .

2 plot : données d’avril Mrk 421

temps de prise de données corrigé :11.5 h

8167 gammas.

11.8 gammas/mn.

Soustraction ON-OFF:

significativité :65.7

Ring Background :

significativité : 95.7

Mode wooble ON/OFF

Configuration :hardware stereo 4 télescopes .

Sky Plot : données d’avril Mrk 421

Mode Wooble ON/OFF

Configuration :hardware stéreo 4 télescopes .

Distribution projetée des origines angulaires reconstruites par intervalle de 0.05° en ascension droite et déclinaison .

Projection après soustraction du bruit de fond.

Courbes de lumière Mrk421

Nombre de gamma/mn par run pour les données d ’avril 2004.

Nombre de gamma/mn par nuit pour les données d ’avril 2004.

Significativité cumuléeSignificativité cumulée

Si la source était stable:Si la source était stable:

évolution en t évolution en t 1/2 .1/2 .

Signe de variabilité Signe de variabilité temporelle.temporelle.

ConclusionsConclusions

Observation au TeV, à très faible déclinaison de Mrk421:

- Contrainte en bout de spectre en énergie. Implication dans les modèles.

- Continuer l ’étude de la physique de l’objet :

Corrélations, relation entre durcissement du spectre et regain d ’intensité dans l’émission.

Premiers résultats encourageants avec HESS :

- Beau signal avec une significativité stat de 95 en 11h d’observation.

- Suivi de la variabilité de la source.

Etude spectrale à venir très prochainement !

Nombre de gamma/mn en fonction de l ’angle zenithal d ’observation par run et par jour.

Un trou noir supermassif de quelques centaines de million de masses solaires.

Un disque d ’accrétion (10-4 pc < R< 100pc).

Maximum d ’émission passe de l ’optique a l ’UV au X.

Un tore de poussière opaque vers 100pc, sépare le disque de la galaxie hôte.

Zone formation des étoiles et galaxie hôte. (~ 10 k pc)

Des Nuages de matière ionisée -> raies d ’émission dont la largeur est fct de sa distance au trou noir.(BLR ou NLR)

Jets de matière perpendiculaire au disque, pouvant des prolonger jusqu ’a plusieurs kpc . Forte émission radio.

OBJETS EXTRAGALACTIQUES : AGN MODELE STANDARD D ’UNIFICATION

- Bref rappel du détecteur HESS et technique d ’analyse associée.

- Caractérisation des Blazars / BL Lac.

- Mrk421, un BL lac particulièrement interessant a observer avec HESS.

- Premiers résultats des observations d ’avril 2004 avec HESS.

Blazars

BL LacFSRQ

.

Bosse synchrotron

max en Radio

Bosse synchrotron

max en X