Observations de sursauts gamma avec des télescopes Cherenkov Gamma-Ray Bursts observations with Cherenkov telescopes : legs de H.E.S.S. et optimisation du suivi et de la détection avec le Large-Sized Telescopes de CTAes of CTA

Gamma-Ray Bursts observations with Cherenkov telescopes : H.E.S.S. legacy observations and optimisation of follow-up and detection with the Large-Sized Telescop

• Auteur / Autrice : Mathieu de Bony de Lavergne
• Direction : Gilles Christian Georges Maurin, David A. Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique Subatomique et Astroparticules
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules
• Jury : Président / Présidente : Giovanni Lamanna
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Rolland, Fabian Schüssler, Laurent Derome
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Heide Costantini, Abelardo Moralejo Olaizola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astronomie gamma

Mots clés libres

Astronomie Gamma

Cta

Sursaut Gamma

Transitoire

Lst

H.e.s.s.

Gamma Astronomy

Cta

Gamma Ray Burst

Transients

Lst

H.e.s.s.

Résumé

Depuis les premières détections de sursaut gamma par les satellites Vela en 1967, ils ont été largement étudiés sur l'ensemble du spectre lumineux avec des détection à différentes longueurs d'onde. Ils ont été aussi un des premiers types d'objets détectés en astronomie multimessager avec la détection simultanée en ondes gravitationnelles et ondes lumineuse de GW 170817.Les télescopes Cherenkov ont cherché une contrepartie aux sursauts gamma à très haute énergie (au delà de 100 GeV) depuis longtemps. Après des années d'effort, les télescopes H.E.S.S. ont effectué la première détection avec GRB 180720B rapidement suivi par la détection de GRB 190114C par MAGIC. Depuis ces détections, l'émission de ces objets à très haute énergies a commencé à être dévoilé notamment avec l'aide de la détection de deux autres sursauts.La prochaine génération de télescopes Cherenkov, appelés CTA, est actuellement en cours de construction. Les sursauts gamma seront parmi les principales cibles d'observation. LST-1, qui est un télescope prototype pour CTA, est actuellement en phase de test à La Palma. Avec leur performance, les télescopes LST seront parmi les principaux contributeurs à la détection de sursauts pour CTA.Un système appelé bending model est en charge de la correction du pointé des télescopes durant les observations : il est en effet essentiel de corriger les erreurs systématiques de pointé du télescope, lié à la déformation de la structucture légère. J'ai entièrement développé le code, présenté ici, durant ma thèse. Il s'occupe de prendre les données, interagir avec les différents systèmes du télescope, de vérifier la qualité des données, de les analyser et de déterminer le modèle de déformation. J'ai également travaillé à l'intégration du programme au sein du système logiciel pour le contrôle du LST.Les observations de GRBs avec LST-1 ont déjà commencé. Cela est l'occasion d'améliorer les stratégies pour le suivi d'évènements, en particulier pour les alertes venant d'instruments avec des localisations peu précises comme Fermi/GBM. Du coté de l'analyse, j'ai travaillé sur les premiers modèles de fond du LST ainsi que à une amélioration de la sensibilité, soit en cherchant des meilleurs critères de sélections des évènements, ou en testant les nouveaux algorithmes de reconstruction utilisant le deep learning créé au LAPP.Finalement, H.E.S.S., installé en Namibie, à observé de nombreux sursauts depuis 2004. Un catalogue des observations et de leur résultats est en cours de création, avec comme objectif de répondre à la question de pourquoi autant de sursauts ont été observés sans succès avant les premières détections. J'étais en charge de l'analyse des données, et j'ai également travaillé à l'interprétation des données avec mes collègues dont les résultats sont présentés dans ce manuscrit.

Since the first detection of a Gamma-Ray burst by the Vela satellites in 1967, they have been studied across the whole light spectrum with detection at different wavelengths. They are also one of the first types of objects detected with multiple messengers by the codetection of gravitational waves and electromagnetic emission, with GW 170817.Cherenkov instruments have searched for a counterpart of GRBs at very high energies (above 100 GeV) for a long time. After more than two decades of effort, the H.E.S.S. telescopes achieved the first detection with GRB 180720B quickly followed by MAGIC with GRB190114C. Since these detections, GRBs emission started to be unveiled at VHE with the detection of two other GRBs.The next generation of Cherenkov telescopes (CTA) is currently being built. GRBs will be one of the key observation targets. LST-1, a prototype of large CTA telescope, is currently under commissioning at La Palma. Thanks to their performance, LST telescopes will be the main contributors of CTA to the detection of GRBs.A system called the bending model is in charge of the online correction of the pointing of telescopes, which is essential to correct systematic errors linked to the deformation of the lightweight structure. I have entirely developed the code, presented here, during my PhD. It takes care of the data acquisition, interacting with subsystem of the telescope, the data quality, the analysis and the determination of a deformation model. I have also worked on the integration of the program into the LST software framework.The observations of GRBs by LST-1 have already started. This was for the occasion to improve the follow-up strategy, especially when the alert comes from instruments with poor localization accuracy, like Fermi/GBM. On the analysis side, I have worked on the first background model for LST but also on the improvement of the sensitivity, either by searching for better selection criteria for the events or testing new reconstruction algorithms based on deep learning created at the LAPP.Finally, H.E.S.S. telescopes, in Namibia, have observed a lot of GRBs since 2004. A catalogue of all these observations and their results is under creation, intending to answer the question of why so many observations were performed without success before the detection of the first GRBs and why the ones detected have been and not the others. I was in charge of the analysis of all the data and the interpretation I made with my colleagues are presented here.