Origine et physique d'annihilation des positrons dans la Galaxie

Une emission gamma a 511 keV est observee depuis le debut des annees 1970 dans la direction du centre Galactique. Cette emission est la signature de l'annihilation d'electrons avec des positrons qui sont les antiparticules des electrons. Malheureusement, l'origine de ces positrons galactiques reste a l'heure actuelle un mystere. De nombreuses sources de positrons ont ete proposees mais elles presentent toutes des difficultes a expliquer cette emission d'annihilation galactique. Celle-ci possede une distribution spatiale particuliere. Depuis 2002, le spectrometre SPI a bord de l'observatoire spatial INTEGRAL revele une emission fortement concentree dans le bulbe galactique et une faible emission en provenance du disque galactique. Cette distribution spatiale est totalement atypique car elle ne ressemble a aucune distribution galactique connue, que ce soit d'une population stellaire ou d'un gaz interstellaire. L'hypothese selon laquelle les positrons s'annihilent a proximite de leur source (c.-a-d. que la distribution spatiale de l'emission d'annihilation est identique a la distribution spatiale des sources) a donc ete remise en cause. Des etudes recentes semblent suggerer que les positrons pourraient se propager loin de leur source avant de s'annihiler. Ceci permettrait de resoudre eventuellement l'enigme sur l'origine des positrons galactiques. Cette these a ete consacree a modeliser la propagation puis l'annihilation des positrons dans la Galaxie, dans le but de comparer des modeles spatiaux de l'emission d'annihilation aux dernieres donnees mesurees par SPI/INTEGRAL. Cette methode nous permet en effet de poser des contraintes sur l'origine des positrons galactiques. Nous avons donc developpe un code de simulation Monte Carlo de transport des positrons dans la Galaxie dans lequel nous avons implemente toutes les connaissances theoriques et observationnelles de la physique des positrons (sources, modes de transport, pertes en energie, modes d'annihilation) et du milieu interstellaire de la Galaxie (distributions du gaz interstellaire, champs magnetiques galactiques, structure des phases gazeuses). Dues aux incertitudes entourant de nombreux parametres physiques (champs magnetique du halo galactique, structure des phases du milieu interstellaire, etc.), nous avons implemente plusieurs modeles pouvant potentiellement rendre compte de ces parametres. Ces parametrages differents de la Galaxie nous ont ainsi permis d'estimer leur impact sur la propagation et l'emission d'annihilation des positrons. Nous avons applique ce code a l'etude des positrons emis par la decroissance β+ de l'26Al, du 44Ti et du 56Ni qui sont continument produits dans la Galaxie au coeur des etoiles massives et des explosions de supernovae. Nous avons etudie ces sources car l'idee que celles-ci pourraient expliquer l'emission d'annihilation galactique est largement repandue depuis des decennies. Nous avons montre que, peu importe le parametrage de la Galaxie, ces positrons permettent d'expliquer l'emission du disque mais pas la totalite de l'emission du bulbe. La raison est simple : ces positrons ne se propagent pas tres loin de leur source avant de s'annihiler. Dans ce cadre, une source supplementaire de positrons dans le bulbe est necessaire pour rendre compte de la totalite de l'emission. Nous avons montre qu'une source transitoire de positrons (d'energie ~MeV) situee au centre de la Galaxie pourrait expliquer l'emission du bulbe.