Les sursauts gamma comme sondes de l'univers multi-messager

Gamma-ray bursts as multi-messenger probes

• Auteur / Autrice : Sofia Bisero
• Direction : Susanna Vergani
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)

Mots clés

Mots clés libres

Kilonova

Astrophysique multi-messagers

Hautes énergies

Observations multi-longueur d'onde

Sursauts-gamma

Kilonova

Multi-wavelength observations

Gamma-ray bursts

High-energies

Multi-messenger astrophysics

Résumé

Les sursauts gamma (GRBs) sont détectés par les satellites grâce aux rayons gamma émis par un jet ultra-relativiste. Cette émission appelée 'prompte' ne dure que quelques secondes et est suivie par une émission 'rémanente', détectable pendant des heures ou des mois selon le domaine de fréquence et la brillance du GRB. La distribution de la durée de l'émission prompte permet la définition de deux classes de GRBs, les longs (LGRBs) et les courts (SGRBs). Par la présence, dans les courbes de lumière et spectres de l'émission rémanente, des caractéristiques typiques des supernovae de type Ic-BL, les LGRBs sont associés avec l'explosion d'étoiles massives. Les SGRBs étaient supposés etre liés avec la coalescence de systèmes binaires d'étoile à neutrons ou d'une étoile à neutrons et un trou noir. La détection d'ondes gravitationnelles (GW) émises par un système binaire d'étoiles à neutrons associées avec un SGRB et une kilonova a confirmé cette hypothèse. Les GRBs sont un laboratoire extraordinaire de physique dans des conditions extrêmes et aussi des puissantes sondes cosmiques. Les LGRBs nous permettent d'étudier les galaxies de faible masse jusqu'au plus grands décalages spectraux, tandis que le kilonovae associées avec les SGRBs permettent des études uniques sur la production des éléments lourds dans l'univers. Pour étudier les GRBs et les utiliser comme sondes, il est nécessaire de combiner les observations dans le domaine gamma et X, obtenues de l'espace, avec celles photométriques et spectroscopiques dans le domaine optique et infrarouge obtenues par les campagnes de suivi au sol. L'étudiante mènera son travail de recherche sur les propriétés du jet des GRBs et des kilonovae dans un environnement international stimulant, au sein des collaborations majeures du domaine, comme ENGRAVE, SVOM et LSST. Elle participera aux activités de suivi des GW détectées pendant la période d'observation O4 et O5 des interféromètres LIGO-Virgo-KAGRA. L'étudiante s'occupera de la réduction, analyse et interprétation des données optiques et dans le proche infrarouge des rémanences des GRBs et des kilonovae en exploitant la synergies des données du Very Large Telescope de l'ESO, de SVOM et de LSST. Elle participera aux articles associés à ces données, publiés dans des revues d'impact majeur. Elle sera le premier auteur de certains parmi eux. Elle presentera les resultats à des conférences nationales et internationales.

Gamma-ray bursts (GRBs) are detected from space by satellites thanks to the flash of gamma-ray photons released within a transient ultra-relativistic jet, which signals the explosion. The short lasting (few seconds) gamma-ray prompt emission is followed by an afterglow, detectable along the whole electromagnetic spectrum for hours to months, depending on the frequency domain and on its intrinsic brightness. The distribution of burst duration led to the definition of two classes of GRBs called short and long (SGRB and LGRB, respectively). The class of LGRB has been proven to be associated with massive stars, thanks to the signature of broad-line Ic supernovae found in the optical afterglow lightcurve and spectra, a few days after the burst event. SGRBs were thought to be associated with the merging of a system composed of two compact objects, a double neutron star or a black hole - neutron star binary system, but direct observational evidences were missing. Thanks to the recent detection of gravitational waves (GW) from a binary system of neutron stars, associated with a SGRB and a kilonova, this hypothesis has been confirmed. GRBs are an extraordinary laboratory of physics at extreme conditions, and also powerful cosmic probes. Indeed, LGRBs make possible the study of faint galaxies up to the highest redshift, and the kilonovae associated with SGRBs allow unique studies on the production of heavy elements in the universe. To study GRB physics and to use GRBs as probes, it is fundamental to associate space-based gamma and X-ray observations with optical and near-infrared photometric and spectroscopic ground-based follow-up campaigns. The student will carry out original research on GRB jets and kilonovae in a stimulating international context within major collaborations of the field, such as the ENGRAVE, SVOM and LSST. She will participate to the activities to follow-up GW events detected during the O4 and O5 run of the LIGO-Virgo-KAGRA interferometers. She will perform data reduction, analysis and interpretation of optical and near-infrared data of GRB afterglows and kilonovae, taking advantage of the synergies of data from the Very Large Telescope at ESO, of SVOM and of LSST. She will participate to the articles resulting form those data, published in major peer-review journals, and lead some of them. She will present the results at national and international conferences.