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1 Trois résultats récents sur les sursauts gamma Jean-Luc Atteia LATT, OMP, Toulouse, France.

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1 1 Trois résultats récents sur les sursauts gamma Jean-Luc Atteia LATT, OMP, Toulouse, France

2 2 Les sursauts gamma (1) Les sursauts gamma sont des phénomènes astrophysiques remarquables, produits lorsquune source astrophysique émet un jet ultra-relativiste dans notre direction. Les sursauts gamma longs nous révèlent lexplosion détoiles massives, et la formation possible dun trou noir stellaire. Ils sont observés à des distances cosmologiques (z = 0.1 – 4.5). Les sursauts proches (z 0.7) ont pu être associés à des supernovae énergétiques de type Ic. La nature du moteur central capable de lancer et dentretenir le jet ultra-relativiste reste spéculative. Credit Jimmy Cox

3 3 Les sursauts gamma (2) Les sursauts gamma sont des phénomènes complexes constitués de plusieurs phases successives: émission prompte, afterglow, supernova… Les sursauts gamma peuvent être utilisés pour étudier: La physique des jets relativistes Les mécanismes à lœuvre dans les explosions détoiles massives et la formation des trous noirs stellaires Le milieu interstellaire des galaxies jeunes Lhistoire de la formation stellaire Les paramètres cosmologiques (chandelles standards) GRB

4 4 GRB B, un sursaut court localisé par SWIFT La comparaison des supernovae associées aux X-Ray Flash (XRF) et aux sursauts gamma Lafterglow précoce des sursauts gamma

5 5 Sursauts courts et sursauts longs... Les sursauts courts semblent constituer une classe à part On na jamais observé lafterglow visible dun sursaut court et on ne connait pas leur distance, ni leur origine. Paciesas et al Dezalay et al. 1992

6 6 GRB B Durée=40 ms, Fluence=10 -8 erg/cm 2, Detecté et localisé par SWIFT/BAT Afterglow RX detecté et localisé par SWIFT/XRT Gehrels et al., 2005

7 7 GRB B Afterglow RX faible: F = erg/cm 2 ( sec après le GRB) Pas detecté par Chandra, 2 jours après le sursaut. Proche dune galaxie elliptique à z=0.225 Pas dafterglow visible Pas de supernova lumineuse Galaxie hôte ?

8 8 Sursauts courts et SGRs ? Le 27 Décembre 2004, SGR a émis un sursaut géant. Le pic initial (10 7 ph/cm 2 /s ) a duré 200 ms et avait un spectre dur. Q: De tels événements peuvent-ils expliquer les sursauts courts ? GRB B Eiso erg (100 x plus intense) Durée = 40 ms (5 x plus court) Pas de formation stellaire récente dans la galaxie elliptique. Hurley et al., 2005

9 9 Lorigine des sursauts courts If z = Lénergie du sursaut est comparable à celle des plus faibles GRBs. Lafterglow RX est 100 fois moins lumineux que ceux des sursauts longs classiques. Lx (10h) /Eiso ~ GRB classiques La position de GRB B est compatible avec lhypothèse dune coalescence dobjets compacts (NS+NS or NS+BH). Il faut impérativement localiser dautres sursauts courts pour saffranchir du problème des probabilités à-posteriori et être certain de comprendre leur origine.

10 10 GRB B, un sursaut court localisé par SWIFT La comparaison des supernovae associées aux X-Ray Flash (XRF) et aux sursauts gamma Lafterglow précoce des sursauts gamma

11 11 X-Ray Flashes Les XRFs sont des sursauts gamma mous qui nont pas de photons au-delà de 50 keV. Les distances de 2 XRFs ont été mesurées : XRF , z=0.25 XRF , z=0.21 HETE-2 GRBs, Barraud et al XRFs XRRs GRBs S/H

12 12 Les supernovae associées aux X-Ray Flashes (XRF) … Pourquoi chercher les supernovae associées aux XRFs ? Les XRFs ont des petits Epeak. Si ils suivent la relation Epeak–Eiso, ils doivent avoir des petits Eiso. On sattend donc à détecter une majorité de XRF proches. Si les XRFs sont associés à des SN lumineuses, comme les GRBs, celles-ci devraient être facilement détectables. HETE BeppoSAX Slope = 0.5 Lamb et al., 2003

13 13 Les supernovae associées aux X-Ray Flashes (XRF) … La situation actuelle XRF a été associé à une supernova lumineuse, semblable à celle dautres sursauts. XRF ne peut pas être associé à une supernova lumineuse. Sils sont proches, les autres XRF ne peuvent pas être associés à des supernovae lumineuses. Soderberg et al., 2005

14 14 Les supernovae associées aux X-Ray Flashes (XRF) … Lassociation XRF – SN est prouvée dans le cas de XRF Certains XRF ne peuvent être à la fois proches et associés à des SN lumineuses Il est difficile de fournir contraintes fortes sur la luminosité des SN associées aux XRF à cause de lextinction qui est inconnue Lobservation des SN associées aux GRB et aux XRF permettra peut-être délucider lorigine de la différence entre ces deux types dévénements : - Energie totale- Orientation - Chocs moins violents- Environnement: extinction - Moteur central- Redshift

15 15 GRB B, un sursaut court localisé par SWIFT La comparaison des supernovae associées aux X-Ray Flash (XRF) et aux sursauts gamma Lafterglow précoce des sursauts gamma

16 16 Lafterglow précoce Depuis 2002, les télescopes robotiques ont observé plusieurs afterglows dans les minutes qui ont suivi le sursaut. Depuis la fin 2004, SWIFT permet en plus lobservation de lafterglow précoce en RX. Quavons-nous découvert ?

17 17 Lafterglow précoce en optique Lorsquil est détecté… lafterglow précoce apparaît très variable, avec des ruptures de pente et des regains dactivité. Cest une phase très riche de lévolution des sursauts qui commence seulement à être observée depuis 2-3 ans.

18 18 Lafterglow précoce en RX SWIFT/XRT a permis les premières observations de lafterglow précoce en RX… Contrairement au domaine visible, lafterglow RX précoce est presque toujours détecté par le XRT. Comme lafterglow visible, lafterglow RX est rapidement variable. Tagliaferri et al. 2005

19 19 Lafterglow précoce en RX La phénoménologie de lafterglow RX précoce est très riche Burrows et al. 2005

20 20 Evolution de lafterglow précoce Lévolution de lafterglow précoce est affectée par: La dynamique du moteur central (chocs ) Le choc en retour Les inhomogéneïtés du milieu environnant la source La structure du jet Lillumination par le sursaut de son voisinage : ionisation du gaz, destruction des poussières… Ces scénarii conduisent à des évolutions spectro-temporelles distinctes Lafterglow précoce contient des informations cruciales sur la physique et sur lenvironnement immédiat des sursauts Lafterglow précoce doit être étudié en optique dans plusieurs couleurs et en RX. Cf. GRB , présentation de Michel Boer

21 21 Conclusions (1) 8 ans après les découvertes permises par BeppoSAX, létude des sursauts gamma reste un domaine en évolution très rapide, grâce aux localisations de HETE-2, INTEGRAL et SWIFT, et à un suivi efficace depuis le sol et lespace. Les sursauts gamma sont des phénomènes complexes qui doivent être étudiés dans leur globalité (sursaut, afterglow, supernova, galaxie hôte) pour mieux appréhender leur propriétés fondamentales. Cest à ce prix quils pourront servir doutils astrophysiques fiables. La France occupe une place de choix dans létude des sursauts gamma grâce à ses contributions instrumentales (HETE-2, INTEGRAL, TAROT, RTAS sursauts gamma au CFHT) et aux travaux théoriques de plusieurs équipes, particulièrement ceux du groupe de lIAP (R. Mochkovitch).

22 22 Conclusions (2) Il est crucial de continuer à étudier les sursauts gamma... La communauté française participe à plusieurs projets: X-Shooter, spectromètre de deuxième génération pour le VLT. ECLAIRs: microsatellite du CNES pour La localisation rapide de tous les types de sursauts Lobservation multi-longueur donde de lémission prompte La détection des sursauts gamma à grand redshift Lobservation des autres messagers (neutrinos, Rayons Cosmiques, ondes gravitationnelles) Le travail théorique doit continuer


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