Coalescences d'objets compacts et sursauts gamma à l'ère des ondes gravitationnelles

Compact object coalescences and gamma-ray bursts in the gravitational-wave era

• Auteur / Autrice : Raphaël Duque
• Direction : Frédéric Daigne, Robert Mochkovitch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance le 10/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique de Paris (1936-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Angonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samaya Michiko Nissanke, Shiho Kobayashi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Dubus, Giancarlo Ghirlanda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astrophysique relativiste

Jets (astrophysique)

Ondes gravitationnelles

Étoiles à neutrons

Sursauts gamma

Mots clés libres

Objets compacts

Sursauts gamma

Ondes gravitationnelles

Jets relativistes

Astronomie multi-messagers

Modélisation

Cosmologie

Etoile à neutrons

Compact objects

Gamma-ray bursts

Gravitational waves

Résumé

L'astronomie multi-messagers avec ondes gravitationnelles a débuté avec la coalescence d'une binaire d'étoiles à neutrons dénommée GW170817. Ce signal fut suivi d'un riche ensemble de contreparties électromagnétiques: un sursaut gamma court faible, un signal transitoire thermique de kilonova, une rémanence de longue durée. Cet ensemble de données multi-messagers ont permis des avancées majeures en astrophysique, et l'ère des ondes gravitationnelles est forte de promesses avec les prochaines campagnes d'observation de signaux gravitationnels et un suivi électromagnétique plus efficace et mieux organisé. L'analyse de cet événement a permis de faire la première étude fine de la structure des jets relativistes qui sont lancés par les coalescences d'objets compacts et dans lesquels certains sursauts gamma sont produits. Cette thèse de doctorat présente des travaux commencés peu après GW170817 qui explorent trois pistes de recherche motivées par le début de l'ère multi-messager: (i) les perspectives de population pour les contreparties électromagnétiques des signaux gravitationnels de coalescence d'objets compacts; (ii) les perspectives d'exploitation de ces événements pour mesurer la constante de Hubble et étudier les environnements des coalescences d'objets compacts; (iii) l'exploration des conséquences possibles de la structure des jets sur les rémanences des sursauts gamma.

The era of multi-messenger astronomy with gravitational waves started with the coalescence of a neutron star binary named GW170817. This signal was followed by a rich set of electromagnetic counterparts: a weak short gamma-ray burst, a kilonova thermal transient signal, a long-lived afterglow. This multi-messenger dataset allowed major advances in astrophysics, and the era of gravitational waves is full of promise with the next gravitational-wave observing campaigns and a more efficient and better organized electromagnetic follow-up. The analysis of this event allowed the first fine study of the structure of relativistic jets which are launched by the coalescence of compact objects and in which some gamma-ray bursts are produced. This PhD thesis presents work begun shortly after GW170817 that explores three avenues of research motivated by the onset of the multi-messenger era: (i) population prospects for the electromagnetic counterparts of gravitational-wave signals from compact object coalescences; (ii) prospects for exploiting these events to measure the Hubble constant and to study the environments of compact object coalescences; and (iii) exploration of the possible consequences of jet structure on gamma-ray burst afterglows.