Analyse multi-longueur d’ondes depuis les rayons X jusqu’au domaine optique pour la caractérisation des sursauts gammas et des galaxies qui les abritent: la synergie SVOM/COLIBRÍ

Panchromatic analysis from the X-ray to the optical to characterize GRB and their hosts: SVOM/COLIBRÍ synergy

• Auteur / Autrice : Ny Avo Rakotondrainibe
• Direction : Veronique Buat, Damien Dornic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ASTROPHYSIQUE ET COSMOLOGIE
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 06/11/2025
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
• Jury : Président / Présidente : Antonio De Ugarte Postigo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Veronique Buat, Damien Dornic, Susanna D Vergani, David Corre, Patricia Schady, Paolo D'avanzo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Schady, Paolo D'avanzo

Mots clés

Mots clés libres

Sursauts gamma

Courbe d'extinction

Décalage vers le rouge photométrique

Modélisaiton de la distribution spectrale d’énergie des rayons X-vers-proche- infrarouge

Galaxies

Gamma-ray bursts

Dust extinction curve

Photometric redshift

X-ray-to- NIR spectral energy distribution modeling

Galaxies

Résumé

Les sursauts gamma (GRBs) sont les évènements les plus énergétiques de l’Univers. Grâce à leur extrême luminosité et à la forme simple de leurs spectres, ils constituent un outil puissant pour étudier leurs environnements immédiats dans tous les décalages vers le rouge (redshift). Cette thèse vise à comprendre les GRBs en tant qu’outils pour sonder leur galaxie hôte et, particulièrement, à étudier l’extinction due à la poussière dans le cadre de la mission franco-chinoise SVOM (Space Variable Objects Monitor) et de son télescope de suivi au sol franco-mexicain COLIBRÍ (Catching Optical Light and Infrared BRIght transients). COLIBRÍ est actuellement opérationnel avec sa caméra visible (DDRAGO) et sera équipé d’un instrument proche-infrarouge (CAGIRE) à l’été 2026. L’une des exigences scientifiques de COLIBRÍ est de fournir une estimation du redshift photométrique dans les minutes qui suivent une détection d’un GRB par SVOM. J’ai en premier lieu étudié la capacité de COLIBRÍ à estimer le redshift dans sa configuration sans CAGIRE. J’ai exploré différentes stratégies d’observation afin de maximiser l’efficacité de détection tout en gardant une bonne précision de l’estimation, en me basant sur des simulations de rémanences de sursauts. À bas redshifts (z < 3), il ne peut fournir qu’une limite supérieure sur l’estimation, précise pour environ ∼ 90% des sursauts. Aux redshifts plus élevés (z ≥ 3), où les cassures de Lyman entrent dans la couverture spectrale de COLIBRÍ, la précision relative atteint ∼ 20%. L’ajustement des distributions spectrales d’énergie (SED) des GRBs des rayons X au proche-infrarouge nous permet d’obtenir des informations directes sur les propriétés de la poussière interstellaire à travers l’étude des courbes d’extinction. Un modèle de courbe d’extinction décrit par une simple loi de puissance, avec l’ajout d’une fonction représentant la bosse à 2175 Å à amplitude variable, est proposé comme alternative aux représentations des lois d’extinction mesurées dans le Groupe Local, et aux paramétrisations sophistiquées qui sont également utilisées pour ces ajustements avec des données spectroscopiques. Ce modèle, destiné aux études photométriques, a d’abord été testé sur des simulations idéalisées de rémanence afin d’évaluer ses limites, puis validé sur un échantillon de 10 GRBs réels en démontrant qu’il permet de retrouver leurs caractéristiques d’extinction. Dans le prolongement d’une étude antérieure ayant examiné la variabilité des formes des courbes d’extinction et d’atténuation dans les galaxies hôtes des GRBs, j’ai élargi l’échantillon initial en ajoutant 4 nouvelles courbes d’extinction de GRBs et en les comparant à la forme globale de la courbe d’atténuation de chaque galaxie hôte.

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful energetic events in the Universe. Because of their extreme brightness and their simple spectral shape, they are powerful for studying their intermediate environments at all redshifts. This thesis focuses on understanding GRBs as probes of their host galaxies and especially studying dust extinction in the context of the French-Chinese Space Variable Objects Monitor (SVOM) mission and its French-Mexican ground follow-up telescope Catching Optical Light and Infrared BRIght transients (COLIBRÍ). COLIBRÍ is currently in operation with its visible camera (DDRAGO-blue and red) and will be equipped with a near-infrared camera (CAGIRE) in the summer of 2026. One of COLIBR͒s scientific requirements is to provide a photometric redshift estimation in the minutes after a SVOM trigger. I first investigated COLIBR͒s capability to estimate the photometric redshift in the configuration without its infrared camera. I explored different observational strategies to optimize the balance between detection efficiency and estimation accuracy, based on simulations of GRB afterglows. At low red shifts (z < 3), it can only provide an upper limit estimation accurately for about ∼ 90% of the bursts. At higher redshifts (z ≥ 3), where the Lyman breaks enter COLIBR͒s wavelength coverage, the relative accuracy reaches ∼ 20%. By fitting the X-ray-to-near-infrared GRB spectral energy distributions (SED), we can gain direct insights into the properties of the interstellar dust by studying the extinction curves. A simple model of extinction curve based on a power-law form with the addition of the characteristic bump at 2175 Å with a variable amplitude, was proposed as an alternative to the templates of extinction laws obtained for the Local Group, and the sophisticated parameterizations that are often used to fit spectroscopic observations of GRB afterglows. This model, intended for photometric study, was first tested on idealized afterglow simulations to assess its limitations and then validated on a sample selection of 10 real extinguished GRBs by demonstrating that it can retrieve their extinction properties. The variability of extinction and attenuation curves in GRB host galaxies was investigated in a previous study of the LAM team. I have extended it by adding 4 new extinction curves of GRBs and compared them to the global attenuation curves measured for each host galaxy.