Using Magellan data, I have investigated two crater characteristics that have been cited as diagnostic of oblique impacts: an uprange offset of the central peak in complex craters, and an increasing central peak diameter relative to crater diameter with decreasing impact angle. I find that the offset distribution is random and very similar to that for high-angle impacts, and that there is no correlation between central peak diameter and impact angle. Accordingly, these two crater characteristics cannot be used to infer the impact angle or direction.

The heat source for partial melting of the mare basalt source region is believed to be the urKREEP layer at the base of the crust. An initially spherically symmetric Moon model, hot or cold, allowed to evolve by axisymmetric convection inside a spherical shell for 300--600 Myr, is impacted by a large thermal anomaly, representing South Pole-Aitken basin, or a small thermal anomaly, representing Imbrium basin, and is then observed for 100 Myr of evolution. The energy of the large impact (South Pole-Aitken) is enough to remove the urKREEP layer from beneath the ejecta blanket by mantle circulation and is interpreted as the removal of the heat source for partial melting of a shallow mare basalt source region and explains the absence of fill in the basin while a small impact (Imbrium) cannot produce enough mantle circulation in the time allotted to remove the layer of heat producing elements from the basin surroundings.

The Solar Tower Atmospheric Cerenkov Effect Experiment (STACEE) is a ground-based atmospheric Cerenkov telescope constructed to conduct gamma-ray astronomy. The STACEE telescope employs the mirrors of the National Solar Thermal Test Facility (NSTTF) to observe gamma-rays at a lower energy threshold than the current generation of imaging atmospheric Cerenkov telescopes. A prototype of the telescope was constructed in 1998 which used 32 heliostat mirrors of the NSTTF with a total collection area of ~1200 m 2. This prototype called STACEE-32, was used to search for high energy gamma-ray emissions from the active galactic nucleus (AGN) ON + 231 (also known as W Coma and 1219 + 285). The STACEE-32 response as a function of energy was calculated for this source and we report a spectral energy threshold of E th = 130 +/- 50GeV. The analysis of data collected in the spring of 1999 resulted in a non-detection of the AGN at this energy. We derived a 95% confidence level upper limit on the integrated gamma-ray flux for this source of phiint(E > 130 +/- 50GeV) ≤ 2.4 x 10-10 cm-2sec -1. This upper limit further constrains the high energy flux extrapolations of this AGN.

In this thesis we study a population of gravitationally lensed, extremely distant, dusty, star-forming galaxies (DSFGs) discovered in large area millimetre surveys. This work is a collection of theoretical and observational studies which shed light on different aspects of this population, and pave the way for future use of these sources to study galaxy formation at high-redshift, dark matter, and dark energy. Two chapters of this work study the statistical properties of this population, demonstrating that i) the existence of extremely bright, high-redshift galaxies in millimetre and sub-millimetre surveys can be understood in the context of gravitational lensing of high-redshift sources by intervening structures along the line-of-sight, and ii) statistical lensing models allow us to understand the selection effects and statistical biases of this sample, which are crucial for a correct interpretation of the underlying source population. This thesis also studies how the lensing of high redshift sources modifies the statistics of the background radiation, resulting in a biased measurement of dark energy parameters using Sunyaev-Zel'dovich cluster detection experiments, such as the South Pole Telescope. The simulations presented in this work allow us to correct for this effect. We then present high resolution Atacama Large Millimeter Array (ALMA) observations of four of the sources in this sample, unambiguously confirming that these sources are gravitationally lensed by intervening galaxies. We develop a lens modeling technique appropriate for interferometric data and apply it to the ALMA observations to derive the lensing magnification, allowing the calculation of the intrinsic (unlensed) properties of the DSFGs. Finally, we study the prospects for detecting low-mass dark matter subhalos embedded in the halos of the lensing galaxies through their gravitational effects on the images of the background DSFGs. We show that by taking advantage of the spectral resolution of ALMA, it may be possible to detect dark matter halos with masses as low as 10^8 solar mass. / Cette thèse a pour objet l'étude d'une population de distantes et poussiéreuses galaxies à sursauts d'étoiles (DSFGs) ayant subit l'effet de lentille gravitationnelle et ayant été découvertes lors de grands sondages des ondes millimétriques. Le présent travail est constitué d'une collection d'études à la fois théoriques et observationnelles qui ont fait la lumière sur différents aspects de cette population de galaxies, et qui ont pavé la voie pour l'utilisation future de ces sources pour l'étude de la formation des galaxies à décalage vers le rouge élevé, de la matière noire et de l'énergie sombre. Deux chapitres du présent travail présentent l'étude des propriétés statistiques de cette population. On y démontre, premièrement, que l'existence d'une telle population de galaxies, extrêmement brillantes et à décalage vers le rouge élevé, au sein de sondages des longueurs d'ondes millimétriques et sub-millimétriques peut être comprise dans le contexte du phénomène de lentille gravitationnelle avec pour source ces distantes galaxies et pour lentille des structures massives alignées dans la même ligne de visée. Deuxièmement, on y démontre que la modélisation statistique des lentilles permet la compréhension des effets de sélection ainsi que les biais statistiques qui entrent en jeux dans l'échantillon de galaxies composant cette population; effets qui sont cruciaux pour une interprétation juste des propriétés réelles de la population. Cette thèse étudie également la manière par laquelle l'effet de lentille gravitationnelle modifie les propriétés statistiques du rayonnement de fond cosmologique diffus, ce qui a pour conséquence de biaiser les mesures des paramètres de l'énergie sombre via les expériences de détection d'amas par l'effet Sunyaev-Zel'dovich, tel le Télescope du Pôle Sud (SPT). Les simulations présentées dans le présent travail permettent la correction de ce biais. Nous présentons ensuite les observations de quatre sources tirées de l'échantillon de cette population en haute résolution, prises à l'aide du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Ces observation confirment sans ambiguité que ces sources ont bel et bien subi l'effet de lentille gravitationnelle. Nous développons une technique de modélisation des lentille appropriée pour et adapté aux données interférométriques, puis nous appliquons cette dernière aux observations d'ALMA afin de dériver les facteurs d'agrandissement spécifiques à ces quatre sources, nous permettant de calculer les paramètres intrinsèques des-dites sources. Finalement, nous explorons la possibilité de détecter des sous-halo à faible masse de matière noire qui se trouvent enclavés dans le halo des galaxies lentilles, par le biais de leur influence gravitationnelle sur l'image des DSFGs d'arrière-plan. Nous démontrons qu'en tirant avantage de la résolution spectrale d'ALMA, il pourrait être possible de détecter des halos de matière noire d'une masse aussi faible que 10^8 Masse solaire.

STACEE is an atmospheric Cherenkov telescope that was built to detect gamma-rays of cosmic origin. By using a large primary mirror area we have reduced the detector's energy threshold to below 200 GeV. The present work continues STACEE's investigation of BL Lac objects, focusing on Markarian 421, 3C 66A and OJ 287. An important part of this work has been the development of software techniques for the correction of systematic biases and the improvement of background rejection. As a result of these improvements, STACEE made a convincing detection of Markarian 421 during the 2002-2004 seasons. The statistical excess was 3.9sigma for the 2002-2003 season and 10.9sigma for the 2003-2004 season; the latter represents the strongest single season detection ever achieved by STACEE. We compare our measured Mrk 421 rates to those of other instruments and present spectral measurements during various flaring states in 2003-2004. The LBLs 3C 66A and OJ 287 were not detected. We discuss the significance of our flux upper limits in the context of emission models for these two sources.

Pulsars are highly magnetised rotating neutron stars that emit regular,periodic pulses of radiation across a wide range of the electromagnetic spectrum. Originally only observed in radio waves, pulsars are now regularly seen to emit x-ray and gamma-ray radiation. Although they were discovered over forty years ago and the number of known pulsars now exceeds 2000, the processes that generate the observed emission from pulsars are still poorly understood.This work describes the detection of emission from the Crab Pulsar above 100 gigaelectronvolts (GeV), which is the highest radiation energy ever detected from a pulsar. Such an observation was not expected and presents a challenge to the most favoured pulsar emission models. This observation was made using the Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS), an array of four 12-meter-diameter atmospheric Cherenkov telescopes located in southern Arizona.The detected pulsed excess has a statistical significance above 7 standard deviations and yields a derived pulsar flux that is less than 1% of the Crab Nebula flux between 140 and 880 GeV. This measurement is used to rule out an exponentially-shaped cut-off in the emission of the Crab Pulsar above ~6 GeV, which was previously the preferred spectral shape. Furthermore, this measurement is used to set a limit on the minimum altitude of the gamma-ray emission site to greater than 10 times the neutron star radius, representing the most constraining limit ever set. Finally, it is shown that the emission seen by VERITAS challenges the role played by curvature radiation in current models of pulsar emission. / Les pulsars sont des étoiles à neutrons fortement magnétisées tournant sur ellesmmes, qui émettent réguliérement des impulsions de rayonnement périodiques à travers le spectre électromagnétique. Initialement observée seulement dans le spectre des ondes radio, les pulsars ont maintenant été détectés dans la gamme des rayonsX et gamma. Bien qu'ils aient été découverts il y a plus de quarante ans et que le nombre de pulsars connus dépassent 2000, les processus générant les émissions observées provenant des pulsars sont encore mal compris. Ce travail décrit la détection d'émission du Pulsar du Crabe au-delà de 100 gigaélectron-volt (GeV), ce qui est la radiation la plus énergétique jamais détectée provenant d'un pulsar. Une telle observation n'était pas attendue et présente un défi aux modéles d'émission de pulsar acceptés. Cette observation a été faite en utilisant un réseau de 4 télescopes atmosphriques Cherenkov de 12 métres de diamétre situé dans le sud de l'Arizona, appelé VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). L'excédent de l'impulsion détecté a une signification statistique de plus de 7 écart-types et donne un flux calculé de moins de 1% du flux de la Nébuleuse du Crabe entre 140 et 880 GeV.Cette mesure est utilisée pour exclure une coupure en forme dexponentielle dans l'émission du Pulsar du Crabe au-dessus de 6 GeV, qui était auparavant la meilleure forme expliquant le spectre. De plus, cette mesure est utilisée pour fixer une limite sur l'altitude minimale du site d'émission des rayons gamma de 10 fois le rayon de l'étoile à neutron, représentant la limite la plus contraignante jamais établie. Finalement, ce travail montre aussi que l'émission observée par VERITAS questionne le rôle du rayonnement de courbure des modéles courants d'émissions de pulsar.

Imaging atmospheric Cherenkov telescope (IACT) arrays such as VERITAS are used to perform very high-energy gamma-ray astronomy. This is accomplished by detecting and analyzing the Cherenkov light produced by gamma-ray initiated atmospheric air showers. IACTs also detect the Cherenkov light produced by individual muons. The Cherenkov light produced by muons is well understood, and can be used as a calibrated light source for the telescopes. Muons create characteristic annular patterns in the cameras of IACTs, which may be identified using parametrization algorithms. One such algorithm, the Hough transform, has been used to identify muons in VERITAS data. The details of the Hough transform and its implementation on VERITAS data will be described, as well as the use of parameters derived from the Hough transform for muon identification. In addition, the selection of muon rings appropriate for calibration purposes will be described. Finally, the Hough transform-based muon selection technique will be compared to the standard VERITAS muon selection technique. / Les systèmes de télescopes par imagerie Cherenkov tel que VERITAS sont utilisés pour l'astronomie à rayons gammas de très hautes énergies. Ceci est accompli par la détection et l'analyse de la lumière Cherenkov produite par les gerbes de particules causées par l'interaction des rayons gammas avec l'atmosphère. Ces télescopes détectent aussi la lumière Cherenkov produite par les muons. La lumière Cherenkov produite par les muons est bien comprise, et peut être utilisée comme source de calibration pour les télescopes. Les muons forment un anneau dans leur caméra, et peuvent être identifiés en utilisant des algorithmes de paramétrisation. La transformée de Hough est un de ces algorithmes, et a été utilisé afin d'identifier les muons dans les données de VERITAS. Les détails de la transformée de Hough et son application avec VERITAS seront présentés, ainsi que l'utilisation des paramêtres en découlant pour l'identification de muons. De plus, la sélection d'anneaux de muons appropriés pour des besoins de calibration sera décrite. Finalement, la technique de sélection de muons basé sur les transformées de Hough sera comparée à la technique de sélection de muons standard de VERITAS.

Several authors have shown that core accretion tends to produce low-entropy planets—the "cold start" scenario. Since a highly uncertain step in the formation process, but which is claimed to be crucial, is the shock at the planet surface during the runaway gas accretion phase, we attempt to assess its relevance by isolating its physics. We present simplified calculations of the accretion flow onto the planet, investigate what aspect sets the initial entropy, and discuss the subsequent evolution of the planet.A different and promising approach to the question of the post-formation state of exoplanets is the direct detection of young objects. We show how to place joint constraints on the mass and initial entropy of an exoplanet from its observed luminosity and age in a formation-model-independent fashion. Moreover, we demonstrate that with mass information, e.g. from dynamical stability analyses, bounds can be set on the initial entropy, thereby constraining formation scenarios. We apply these results to a handful of low-mass companions and place lower bounds on their initial entropy, independent of age uncertainties for the star in some cases. / Plusieurs auteurs ont montré que le modèle de formation par accrétion du noyau tend à produire des planètes à basse entropie — le scénario des "départs froids". Étant donné qu'une étape hautement incertaine du processus de formation est le choc à la surface de la planète durant la phase d'accrétion gazeuse incontrôlée mais que celui-ci est supposément crucial pour déterminer l'entropie initiale, nous tentons d'évaluer son importance en présentant des calculs simplifiés du flot d'accrétion sur la planète, étudiant quel aspect détermine l'entropie initiale et discutant l'évolution subséquente de la planète.Une approche différente et prometteuse de la question de l'état post-formation des exoplanètes est la détection directe de jeunes objets. Nous montrons comment placer des contraintes jointes sur la masse et l'entropie initiale d'une exoplanète à partir de sa luminosité et de son âge indépendamment des modèles de formation. De plus, nous montrons qu'avec de l'information supplémentaire sur la masse, par exemple des analyses de stabilité dynamique, il est possible de borner l'entropie initiale, contraignant de la sorte les scénarios de formation. Nous appliquons ces résultats à quelques compagnons de faible masse et plaçons des limites inférieures à leur entropie initiale, indépendamment des incertitudes sur l'âge de l'étoile dans certains cas.

EBEX (the E and B Experiment) is a balloon-borne telescope with 8' resolution primarily designed to detect the B-mode polarization of the cosmic microwave background radiation, which would represent strong evidence for the inflationary period of the universe. EBEX will also characterize the galactic dust and the gravitational lensing. During a 11 day long duration science flight over Antarctica scheduled for the Austral Summer of 2012-2013, EBEX will operate 872, 436 and 256 spider-web transition edge sensor (TES) bolometers at 150, 250 and 410 GHz, respectively, and observe a 350 square degree patch of sky.The EBEX engineering flight in June 2009 over New Mexico and Arizona provided the first usage of both a large array of TES bolometers and a superconducting quantum interference device (SQUID) based multiplexed readout system in a space-like environment. The sensors were read out with a new SQUID-based digital frequency domain multiplexed (DfMUX) readout system that was designed to meet the low noise, low power consumption and robust autonomous operation requirements presented by a balloon experiment. The DfMUX readout system successfully tuned, monitored and operated the EBEX camera at float. This successful demonstration increases the technology readiness level of these bolometers and the associated readout system for future space missions.In preparation for the science flight, the bolometer specifications to optimize the sensitivity of the EBEX camera have been calculated and verified to provide EBEX with the required sensitivity to meet its science goals. A series of bolometer wafers were produced at University of California, Berkeley, and characterized at McGill University and University of Minnesota. From these wafers, 14 have been selected for integration for the EBEX long duration balloon flight. The multiplexing factor of the DfMUX readout system has also been demonstrated to be improved from 8 to 16. An algorithm allowing for the monitoring of the camera setup and the camera performance at float has been developed. The camera operator will use this algorithm to the camera during flight in order to optimize both the observing time of the telescope and the sensitivity of the camera. EBEX is ready to perform its long-duration science flight. / EBEX ("E and B Experiment") est un télescope maintenu en haute altitude par un ballon stratosphérique. Ce télescope conçu pour détecter la polarisation de type B du rayonnement cosmologique fossile possède une résolution de 8'. Une telle détection représenterait une évidence forte de la période inflationniste de l'univers. EBEX caractérisera également la poussière galactique ainsi que l'effet de lentille gravitationnelle. Pendant un vol de 11 jours prévu pendant l'été austral 2012-2013 au dessus de l'Antarctique, EBEX opérera 872, 436 et 256 bolomètres en transition supraconductrice dans les bandes de fréquence 150, 250 et 410 GHz, respectivement. EBEX observera une région du ciel de 350 degrés carrés.Le vol d'essai de EBEX a eu lieu en juin 2009 au dessus du Nouveau-Mexique et de l'Arizona. Lors de ce vol d'essai, des bolomètres en transition supraconductrice ainsi qu'un système digital de lecture de données multiplexé en fréquence (DfMUX) avec amplificateurs supraconducteurs à interférence quantique (SQUID) ont été exploités avec succès dans un environnement spatial chacun pour la première fois. Le système DfMUX a été conçu pour permettre la lecture de bolomètres tout en respectant les exigences de produire peu de bruit électronique, de consommer peu d'énergie et de permettre une opération fiable des détecteurs. Ces exigences sont requises pour opérer un tel télescope en haute atmosphère. Lors de ce vol, le système DfMUX a mis au point et a vérifié avec succès le bon fonctionnement de la caméra de EBEX. Cette démonstration prépare le terrain pour l'utilisation des bolomètres en transition supraconductrice ainsi que le système DfMUX dans le cadre de futures missions spatiales. En préparation pour le vol scientifique de EBEX, les paramètres des bolomètres permettant d'optimiser la sensibilité de la caméra ont été calculés. La sensibilité calculée permettra à EBEX d'atteindre ses buts scientifiques. Parmi les dizaines de gaufres de détecteurs fabriquées à l'Université de la Californie, Berkeley, et caractérisées à l'Université McGill et à l'Université du Minnesota, 14 ont été sélectionnées pour l'intégration de l'instrument EBEX précédent le vol de longue durée. L'amélioration du facteur de multiplexage du système DfMUX de 8 à 16 a également été démontrée. Un algorithme permettant de surveiller la mise au point ainsi que la performance en vol de la caméra a été élaboré. L'opérateur de la caméra utilisera cet algorithme pendant le vol afin d'optimiser le temps d'observation du télescope ainsi que le sensibilité de la caméra. EBEX est prêt à entreprendre son vol scientifique.

Lensing of the cosmic microwave background (CMB) is a rapidly-emergingcosmological probe. After describing background theory, we presentanalysis techniques developed for the measurement of lensing using CMB datafrom the South Pole Telescope. We characterize several sources of biasand systematic effects in the measurement. After presenting thereconstructed power spectrum of the CMB lensing potential from SPT data,we perform a cosmological analysis. We obtain improved constraints onseveral cosmological parameters compared to those obtained from onlyprimary CMB data, including the dark energy equation of state, thematter fluctuation amplitude today, and the spatial curvature. We thendescribe analytic techniques for computing biases in the lensingreconstruction. Finally, we discuss a related topic, the effects on theCMB from a particular type of primordial isocurvature fluctuation modethat could be large today. / L'effet de lentille gravitationnelle dans le fond de radiation cosmologique (CMB) représente une méthode d'étude cosmologique en rapide émergence. Après avoir décrit le cadre théorique, nous présentons des techniques d'analyse permettant la détection de l'effet de lentille gravitationnelle dans les données du South Pole Telescope (SPT). Nous caractérisons plusieurs sources de biais et d'erreurs systématiques intervenant dans la reconstruction de l'effet de lentille. Nous présentons ensuite le spectre de puissance de l'effet de lentille gravitationnelle obtenu à partir de cartes du CMB mesurées par le télescope SPT et poursuivons avec une analyse cosmologique de celui-ci. Nous obtenons sur plusieurs paramètres cosmologiques des contraintes plus fortes que celles obtenues à l'aide du CMB sans effet de lentille gravitationnelle. Parmi ces paramètres se trouvent l'équation d'état de l'énergie noire, l'amplitude des fluctuations de densité de matière ainsi que la courbure de l'espace-temps. Par la suite, nous décrivons les techniques mises au point pour calculer le biais dans le reconstruction de l'effet de lentille gravitationnelle. Pour terminer, nous présentons un sujet connexe, les effets sur le CMB d'un mode particulier de fluctuation isocourbure primordiale qui pourrait être important aujourd'hui.