Les sursauts gamma comme sondes des galaxies à grand décalage spectral

par Jean-baptiste Vielfaure

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Susanna Vergani.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec GEPI- Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Actuellement une des questions les plus importantes de l'astronomie extra-galactique est de comprendre comment se sont formées les structures que l'on observent dans l'univers. Pour progresser dans cette direction, il est important de répondre aux questions suivantes: (a) quels ont été les premiers objets à s'être formés dans l'univers? Quel est leur impact sur la réionization de l'univers et les propriétés physiques du milieu inter-galactique? (b) comment les galaxies se forment et évoluent? (c) quels sont les processus à l'oeuvre durant la formation stellaire? (d) quelle sont les liens entre la formation d'étoiles, le gaz interstellaire et le milieu inter-galactique ? L'étude des sursauts gamma (GRBs) est un outil idéal pour aborder ces problèmes. Les GRBs sont les explosions cosmiques les plus extrêmes. Certains d'entre eux sont si brillants que, même situés aux confins de l'univers, leur contrepartie optique est détectables à l'oeil nu. Les GRBs sont détectés par un satellite grâce au flash de photons gamma émis par un jet relativiste transitoire qui signale l'explosion. Grâce à leur extraordinaire puissance, les contrepartie optique des GRBs peuvent être utilisées comme des sources permettant, tels des phares cosmiques, de révéler le gaz se trouvant tout le long de la ligne de visée à différents décalages spectraux. En outre, les GRBs longs sont associés à l'effondrement d'étoiles massives. Ils peuvent donc être utilisés comme traceurs de la formation d'étoiles dans l'univers jeune. Ils indiquent ainsi la présence de galaxies extrêmement faibles qui représentent la majorité des galaxies présentes alors. Elles contribuent largement à la réionization de l'univers. Le but de ce projet est l'étude des propriétés des galaxies hôtes de GRBs par des observations photométriques et spectroscopiques ((X-shooter, UVES, MUSE,…). La combinaison des propriétés du gaz dans le milieu inter-stellaire obtenues par l'observation spectroscopique de la rémanence optique à celles du gaz ionisé apportera une information originale sur le lien entre les propriétés du milieu inter-stellaire et l'activité de formation d'étoiles dans l'univers. ******************************************************************************************

  • Titre traduit

    Gamma-ray bursts as probes of high-redshift star forming galaxies


  • Résumé

    Gamma-ray bursts (GRBs) are the most extreme cosmic explosions. Some of them are so bright that even if they are located far away in the Universe their optical counterparts can be observed with naked eye. They are detected from space by satellites thanks to the flash of gamma-ray photons released within a transient relativistic jet, which signals the explosion. The short lasting (few seconds) gamma-ray prompt emission is followed by an afterglow, detectable from the X-ray to the radio wavelengths for hours to months, depending on the frequency domain and on its intrinsic brightness. Thanks to their exceptional brightness, GRB afterglows can be used as powerful extragalactic background sources. They behave like distant lighthouses capable of unveiling the properties of the universe at different redshifts. Furthermore the class of long GRBs (LGRBs) is associated with the deaths of the most massive stars, making LGRBs especially suitable as tools to investigate star formation in the early Universe. LGRBs offer some unique advantages as probes of the high-redshift Universe: 1. they are extremely bright at all redshift and their afterglow brightness is only marginally decreasing with redshift; 2. LGRBs are associated with star formation and can thus signal and trace star formation to the highest redshift; 3. the LGRB afterglow emission fades quite rapidly, allowing the study of the LGRB host galaxies. These galaxies form a sample of star forming galaxies selected independently of their emission properties (independently of dust obscuration and, uniquely, independently of their brightness at any wavelength), and are therefore complementary to the samples from galaxy surveys; 4. LGRBs offer the unique opportunity to investigate systematically (and in principle at any redshift) both the gas in the interstellar medium (ISM) from the absorption lines seen in the afterglow spectra AND the ionized gas from the emission lines of the host galaxy spectra. The PhD thesis is focused on the use of GRB to probe distant galaxies using different data from VLT intruments (X-shooter, UVES, MUSE,…).