Modélisation des sursauts gamma et de leurs rémanences à l'ère des satellites Swift et Fermi

Modeling Gamma-Ray Bursts and their afterglows in the Swift-Fermi era

• Auteur / Autrice : Romain Hascoët
• Direction : Frédéric Daigne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconnexion magnétique

Jets (astrophysique)

Sursauts gamma

Résumé

Les sursauts gamma sont de brefs flashs de photons gamma, très intenses et très variables. Ils sont suivis d'une émission rémanente, détectée des rayons X aux ondes radio. Leur luminosité extrême permet de les détecter jusqu'aux distances cosmologiques. Ils sont associés à des jets ultra-relativistes éjectés par une source compacte nouvellement formée. Le satellite Swift a fait progresser notre connaissance de la phase rémanente, tandis que le satellite Fermi a ouvert une nouvelle fenêtre spectrale à haute énergie. Mes travaux s'inscrivent dans le contexte de ces avancées observationnelles récentes. Concernant le sursaut proprement dit, j'ai développé une approche nouvelle pour calculer précisément l'opacité vue par un photon de haute énergie se propageant dans un jet ultra-relativiste. Ceci m'a permis d'obtenir des contraintes importantes sur les conditions physiques dans le jet à partir des résultats de Fermi (facteur de Lorentz en particulier). Je me suis également attaché à identifier des signatures observationnelles permettant de discriminer entre différents modèles d'émission : signatures spectrales (émission optique et gamma de haute énergie, composante thermique) et temporelles (transition avec la rémanence). En ce qui concerne la rémanence, j'ai poursuivi le développement d'un modèle alternatif - le modèle du « choc en retour » - récemment proposé pour expliquer la complexité phénoménologique révélée par Swift. Portant sur les propriétés génériques de la rémanence, mais également sur quelques sursauts singuliers, mes travaux montrent que ce modèle du choc en retour explique plus naturellement que le modèle « standard » la diversité des comportements observés.

Gamma-Ray Bursts (GRBs) are short flashes of gamma-rays. These very bright and variable events are followed by an afterglow detected from the X-ray to the radio domain. Their extreme luminosity make them detectable up to cosmological distances. They are produced by relativistic jets launched by a newborn compact object. The Swift satellite has improved our knowledge of the afterglow, while the Fermi satellite launched in 2008 has opened a new spectral window at high energy. My research work is in line with these recent observational breakthroughs. Regarding the GRB itself, I developed a new approach to compute precisely the opacity seen by a high-energy photon that propagates within a ultra-relativistic jet. By comparing predictions to Fermi observations, I obtain critical constraints on the physical conditions in the relativistic jet (especially the Lorentz factor). I have also tried to identify observational signatures that could help to discriminate between different emission models: spectral (optical and high energy emission, thermal component) and temporal (transition to the afterglow) signatures. Regarding the afterglow, I have carried on the development of an alternative model -- the `reverse shock' model -- recently proposed to explain the phenomenological complexity revealed by Swift. My theoretical developments focus on generic properties, but also on peculiar cases and tend to show that the reverse shock model explains more naturally than the standard model the diversity of observed behaviors.