Identification des sursauts gamma orphelins dans le domaine optique dans les données du Rubin LSST avec le broker d'alertes FINK

Identification of orphan gamma-ray bursts in optical in Rubin LSST data with the alert broker FINK

• Auteur / Autrice : Marina Masson
• Direction : Johan Bregeon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astrophysique et Milieux Dilués
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie

Mots clés

Mots clés libres

Sursaut gamma

Cosmologie

Progéniteur

Astronomie optique

Gamma-ray burst

Cosmology

Progenitor

Optical astronomy

Résumé

Les sursauts gamma sont l'un des phénomènes les plus énergétiques de l'univers, libérant des énergies parfois de 10^54 ergs en une durée allant de quelques secondes à quelques minutes. Ils ont d'abord été détectés en rayons gamma à la fin des années 60 et simplement définis comme des bouffées intenses de photons de haute énergie, mais il fut découvert par la suite qu'ils sont accompagnés d'une rémanence qui peut durer de quelques heures à plusieurs jours, et qui couvre tout le spectre électromagnétique du radio jusqu'aux gamma de très haute énergie. Les modèles d'émission montrent que les sursauts gamma seraient produits par des jets relativistes, ce qui implique que l'angle d'observation de l'objet a un fort impact sur les observations. En effet, si l'observateur est loin de l'axe de jet, l'observation des rayons gamma de la phase prompte est difficile, alors que la rémanence, qui s'étend sur une plus large région, a toujours de grandes chances d'être détectée en optique et en radio. Les sursauts gamma orphelins sont donc définis comme des rémanences pour lesquels l'émission prompte n'est pas détectée. L'émission rémanente orpheline se comporte comme un long et lent phénomène transitoire assez peu lumineux. Alors qu'ils sont prédits par la plupart des modèles d'émission par de simple arguments géométriques, aucun n'a été encore clairement identifié en optique. Ces objets permettraient pourtant d'obtenir plus d'informations sur les modèles astrophysiques (jets, géométrie) et sur les populations de progéniteurs. L'observatoire Vera C. Rubin et son relevé appelé Legacy Survey of Space and Time (Rubin LSST) fourniront une nouvelle et grande source de données de haute qualité à analyser prochainement, puisque le relevé commencera vers 2024. Le projet a pour but d'identifier des sursauts gamma orphelins dans les données du Rubin LSST, tout en contribuant au développement du broker d'alertes français FINK qui sera l'outil principal pour effectuer ce travail. L'analyse des millions d'alertes chaque nuit grâce à FINK et l'identification des meilleurs candidats orphelins sont des tâches difficiles mais heureusement, le broker d'alertes FINK repose sur une grande équipe de développeurs et de scientifiques, et personne n'a jamais vraiment cherché ce genre de transients lent et peu lumineux, ce qui fait que ce projet conduira certainement à de nouvelles découvertes.

Gamma—ray bursts (GRBs) are among the most violent phenomena in the universe, releasing equivalent isotropic energies as large as 10^54 ergs within the time frame of seconds to minutes. Initially detected in gamma rays at the end of the sixties, simply defined as bright bursts of high energy photons, GRBs were eventually also shown to have a so-called afterglow emission that could last from hours to days and cover the full electromagnetic spectrum from radio to very—high energy gamma rays. The consensus reached on emission models is that GRB emission has to come from a relativistic jet, what implies that the viewing angle of the object has a strong impact on observations. Indeed, when the observer is far off the jet axis, gamma rays from the prompt phase become challenging to reveal while the afterglow emission, that comes from a larger region, still has good possibilities to be detected at optical and radio wave lengths. Orphan gamma—ray bursts are hence defined as GRB afterglows for which no emission is observed in gamma rays. The afterglow emission of orphan gamma–ray bursts is expected to behave as long and slow transients of dim brightness. While these are predicted by most emission models from simple geometric arguments, no object was ever clearly identified in optical data as an orphan afterglow so far. These objects are however prime proxies toward complementary information on astrophysical models (jets, geometry) and progenitor populations. The Vera C. Rubin observatory Legacy Survey of Space and Time (Rubin LSST) will provide a new, large and high quality source of data to scrutinize, as the survey is expected to start as early as 2023. The project aims at identifying orphan afterglows in the Rubin LSST data while contributing to the development of the French FINK transient alert broker that will be the main tool to achieve such a task. Both the handling of the millions of nightly alerts through a dedicated broker, and the identification of the best orphan afterglow candidates are challenging tasks, but thankfully, the FINK broker relies on a great team of developers and scientists, and no one has ever really look for this kind of slow and dim transients, what makes this project a true niche for potential discoveries.