Recherche d'effets de microlentille gravitationnelle en direction de M31 : application de la méthode des pixels aux données POINT-AGAPE

membres du jury : Pierre Encrenaz (directeur du jury) - Alain Falvard - Andrew Gould - Jean Kaplan (directeur de these) - James Rich (rapporteur) - Annie Robin (rapporteur) - Daniel Vignaud (directeur du laboratoire)The nature of the dark matter is a major question in cosmology today. A plausible hypothesis is that the dark matter is composed partly of ordinary baryons in the form of MAssive Compact Halo Objects, or "MACHOs", which reside in galactic halos. To detect such objects, one may search for the effects of graviational microlensing that are produced when a MACHO passes in front of a more distant star. The AGAPE collaboration is carrying out this search in the direction of M31, the Andromeda galaxy, about 725 kpc away. At this distance, very few stars are resolved, which is why AGAPE had to design and put into practice a method of analysis, called "pixel lensing", that allows the detection of flux variations directly in the pixels of the CCD camera. The POINT-AGAPE collaboration observed M31 from 1999 to 2002 using the 2.5 m Isaac Newton Telescope (INT), at La Palma in the Canary Islands, and employing the wide-field camera (WFC) to image two fields, each 0.3 deg$^2$. This thesis concerns the analysis of the data obtained during the first two seasons of observation (August 1999 to January 2001). About 10 microlensing candidates were detected. For the majority, source-star variability is the likely explanation for the events. This hypothesis will be better constrained when the final season's data are analyzed. Four microlensing candidates are, however, especially worthy of notice because they took place on time scales of only a few days, and it is therefore particularly difficult to think of an alternatively interpretation to microlensing. For two of the four candidates, self-lensing (in which the lenses are themselves M31 stars that lie in front of the M31 sources) is the most plausible hypothesis since the events lie projected close to the M31 bulge. A third candidate lies 2'54'' from the center of M32, a dwarf elliptical satellite galaxy of M31. If M32 lies in front of M31, the optical depth is most likely dominated at this position by events having a source in the M31 disk lensed by either a MACHO or an M32 star. The last candidate is a star in the M31 disk lensed by either a MACHO or another star in the disk of M31. Although the latter possibility is less likely, it is not ruled out. Regardless, the number of detected events is much less than what is predicted by Monte Carlo simulations of the experiment, even if the halo contains no MACHOs. This shows that either there is a poorly understood bias in the detection efficiency or the models (luminosity function, density profile, etc) used in the simulations require revision. The former possibility is under investigation.La nature de la matière sombre demeure aujourd'hui une des interrogations majeures de la cosmologie. Une hypothèse envisageable est qu'elle soit en partie constituée de matière baryonique ordinaire sous forme d'objets compacts sombres, appelés "MACHOs" (MAssive Compact Halo Objects), situés dans le halo des galaxies. Pour détecter de tels objets, il est possible de rechercher les effets de microlentille gravitationnelle qu'ils produisent lorsqu'ils passent devant une étoile d'arrière plan. La collaboration AGAPE effectue cette recherche en direction de la galaxie M31 (Andromède), située à environ 725 kpc. A cette distance, très peu d'étoiles sont résolues, c'est pourquoi la collaboration a dû imaginer et mettre en oeuvre une méthode d'analyse, nommée "méthode des pixels", permettant de détecter les variations de luminosité directement dans les pixels de la caméra CCD. La collaboration POINT-AGAPE a observé M31 entre 1999 et 2002, à l'aide du télescope de 2,5 m Isaac Newton (INT), à La Palma, aux îles Canaries, avec la caméra grand champ WFC, couvrant deux champs de 0,3 deg$^2$. Cette thèse porte sur l'analyse des données issues des deux premières saisons d'observation (d'août 1999 à janvier 2001). Une dizaine de candidats microlentille ont été détectés. Dans la plupart des cas l'hypothèse d'étoiles variables reste vraisemblable et sera mieux contrainte lorsque la dernière saison de données sera analysée. Quatres candidats ont cependant particulièrement retenu l'attention car, ayant eu lieu sur des échelles de temps de quelques jours, il est particulièrement difficile d'envisager une alternative à leur interprétation en tant que microlentille. Pour deux candidats sur les quatre, l'hypothèse d'auto-lentilles (i.e : les lentilles sont elles-mêmes des étoiles de M31 situées en avant plan des étoiles sources) est favorisée car ils sont situés proches du bulbe de la galaxie. Un troisième candidat se trouve à 2'54'' du centre de M32, une galaxie elliptique naine satellite de M31. Si M32 se trouve en avant plan de M31, la profondeur optique est vraisemblablement dominée à cet endroit par les événements ayant comme étoile source une étoile du disque de M31 et comme lentille une étoile de M32. Le dernier candidat est une étoile du disque de M31 amplifiée soit par un MACHO soit par une autre étoile du disque. Bien que la seconde éventualité semble moins vraisemblable, elle n'est pas exclue. Quoi qu'il en soit, le nombre d'événements détectés est très inférieur à celui prédit par la simulation Monte Carlo de l'expérience, même dans le cas d'un halo exempt de MACHO. Ceci montre que : soit il existe un biais mal compris dans l'efficacité de détection ; soit les modèles (fonctions de luminosité, de densité, etc.) adoptés pour simuler la galaxie doivent être revus. La première éventualité est en cours d'investigation