Observation de GRB 050904 avec SWIFT et TAROT Bruce Gendre (IASF-Roma/INAF) A. Corsi, A. Galli, A. Klotz, G. Stratta, M. Boer, L. Piro.

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1 Observation de GRB 050904 avec SWIFT et TAROT Bruce Gendre (IASF-Roma/INAF) A. Corsi, A. Galli, A. Klotz, G. Stratta, M. Boer, L. Piro

2 GRB 050904 : sursaut le plus lointain jamais observé TAROT Infrarouge (J) : SOAR + VLT Rayons X SWIFT-XRT GRB 050904 Détecté à z = 6.3 (par SWIFT) Observé rapidement (86s) au sol (par TAROT, un télescope de 25cm de diamètre !) Très bonne couverture spectro- temporelle Etude du milieu du sursaut Détection d'un regain d'activité en X et en optique Test contraignant des modèles La dilatation des temps permet une étude très détaillée de l'émission rémanente précoce

3 Profil de densité autour des sursauts gamma Distance Densité Supposition la plus simple : milieu de densité constante Avantage : expliquait les données Les sursauts gamma sont produits par des étoiles massives Présence de vent stellaire, donc milieu de densité non constante Solution : le choc de terminaison Confine en théorie le vent stellaire autour du progéniteur …. jamais observé en pratique Le milieu imprime sa signature à l'émission rémanente : il est possible de déterminer la nature du milieu à partir des observation

4 Le modèle de la boule de feu : spectre Le spectre de l'émission rémanente est un ensemble de lois de puissances caractérisé par plusieurs fréquences caractéristiques Fréquence Flux RadioIR-OptiqueX La fréquence d'absorption synchrotron i : fréquence où l'auto-absorption par la boule de feu devient négligeable La fréquence d'injection m : fréquence où rayonnent la majorité des électrons accélérés La fréquence de refroidissement c : fréquence où le refroidissement des électrons devient "efficace" Chaque index spectral ne dépend que d'un paramètre constant p et du type de milieu environnant le sursaut

5 Le modèle de la boule de feu : courbe de lumière Décroissance suivant une loi de puissance (fonction de p, du type de milieu et de la fréquence observée) Temps Flux Le taux de décroissance n'est pas constant On observe des sursauts d'activité Les fréquences caractéristiques traversent la fréquence observée et/ou le type de milieu changent On observe la partie finale de l'émission prompte et le début de l'émission rémanente en même temps La focalisation relativiste n'est plus suffisante pour masquer les bords du jet

6 050904 : Etude temporelle Les changements de décroissance En X : au moins 1 changement = 1.5 = 2.45 En optique : au moins 2 changements = 1.36 = 0.7 = 2.4

7 Le verdict des relations de fermetures Avant le 1 er flash : émission prompte Juste après le premier flash : milieu de vent stellaire : progéniteur stellaire t >2j : effet de jet (Tagliaferri et al. 2006) Verdict : milieu interstellaire La zone centrale est le choc de terminaison Refroidissement rapide : rejeté (évolution interdite) Vent stellaire : rejeté ( c augmente dans ce cas)

8 Modèles pour sursauts d'activités Milieu interstellaire Un progéniteur éjecte de la matière sous forme de couches Certaines couches rattrapent les autres : chocs internes Responsable de l'émission prompte Peut expliquer certains flashs s'il y a des couches "retardataires" Les couches interagissent avec le milieu externe : choc externe Responsable de l'émission rémanente Peut faire apparaître des composants supplémentaires (inverse Compton, …) Formation d'un choc en retour, percutant les couches retardataires Chaque choc peut s'accompagner d'émission d'énergie

9 050904 : la cause des sursauts d'activité Sans doute un mécanisme complexe liant choc en retour, choc interne, choc externe et émission par inverse Compton Premier flash (460 s après le sursaut) Observé en X et en optique Spectre similaire à celui de l'émission rémanente Flash optique plus brillant qu'attendu à partir des données X Modèles simples Choc interne simple (sans autre composant) : rejeté Délai entre le sursaut et le début de l'émission rémanente : rejeté Autres modèles à 1 composant : rejetés

10 050904 : la cause des sursauts d'activité Flashs optiques mal échantillonnées Effets du choc de terminaison ? (milieu turbulent avec fluctuations de densité) Flashs 3, 4, 5 Observations J et X simultanées Niveau du continuum X extrapolé non compatible avec les observations J Niveau moyen des flashs X compatible avec les observations J Spectres observé en X et infrarouge compatibles entre eux

11 050904 : une chance pour les applications … … à l'étude de la formation stellaire : On a "vu" directement une étoile à z=6.3 Ceci permet d'étudier les taux de formation stellaire à grand redshift … à l'étude de l'évolution du contenu de l'univers GRB 050904 était assez brillant pour signaler une jeune galaxie invisible Et pour illuminer son environnement et en déduire la fraction de gaz ré-ionisé … à l'étude des premières lueurs et de la formation des premiers objets gravitationnels GRB 050904 était une étoile : quand s'est elle formée ?? Est ce compatible avec les modèles actuels ? … à la contrainte des modèles existants de sursauts gamma AUCUN modèle ne peut expliquer simplement le premier flash observé On peut enfin étudier la transition entre le vent stellaire et le milieu interstellaire