Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

contact DAp: Damien Turpin

Article: https://arxiv.org/abs/2302.06225

L’émission rémanente des GRB trouve son origine dans l’interaction entre le jet ultra relativiste émis par le moteur central du sursaut et le milieu interstellaire (MIS) environnant. A travers la zone de choc jet/MIS, les électrons environnants sont accélérés et refroidissent ensuite en émettant une lumière synchrotron allant principalement des rayons X au domaine radio. C’est ce qu’on appelle l’émission rémanente.

Dans le domaine UV, visible et infrarouge, (UVOIR) la grande absorption par la poussière galactique de l’émission rémanente a largement compliqué la tâche puisqu’à ces latitudes galactiques les modèles de poussières pourraient ne pas être suffisamment résolu spatialement pour refléter la réelle absorption observée.

Quoiqu’il en soit, l’analyse des données de la collaboration GRANDMA a pu montrer qu’une absorption additionnelle était nécessaire pour expliquer les données UVOIR:

•  soit elle vient de notre galaxie et est due à l’incomplétude du modèle de poussière galactique
• soit c’est une absorption additionnelle liée à la galaxie hôte du GRB.

L’émission rémanente optique de GRB 221009A corrigée de l’extinction visuelle sur la ligne de visée due à la poussière galactique et  remise dans le contexte de la population de sursauts gamma vue à une distance (redshift, z) commune de z = 1. GRB 221009A fait partie des sursauts les plus brillants jamais observés.		Courbe de lumière multi-longueurs d’onde de GRB 221009A grâce aux observations réalisées par les Collaborations pro GRANDMA et amateurs Kilonova-Catcher.

La modélisation de la lumière rémanente XUVOIR de GRB 221009A révèle aussi une incompatibilité entre les modèles classiques de sursauts gamma et les données. Il semblerait qu’une révision des modèles actuels ou l’utilisation de modèle de structure de jet plus complexe soit nécessaire pour rendre compte de l’évolution à la fois spectrale et temporelle de GRB 221009A.

Science participative avec le réseau d’astronomes amateurs Kilonova-Catcher (KiloNovaCatcher.fr et Observer ensemble les murmures de l’univers )

La Collaboration GRANDMA a aussi mis en alerte son réseau d’astronomes amateurs pour cet événement (Projet Kilonova-Catcher, Resp: Damien Turpin - CEA/Irfu) qui ont très largement contribué à l’élaboration d’un jeu de données complets dans le domaine visible et proche infrarouge. Plus de 200 images provenant d’une vingtaine d’astronomes amateurs à travers le monde ont été collectées et analysées par les équipes scientifiques de GRANDMA. Ils participent ainsi à juste titre à la publication des résultats d’observation de l’émission rémanente de GRB 221009A et démontrent que la société civile peut directement contribuer à des découvertes scientifiques majeures.

contact DAp: Emeric Le Floc’h ,

lien Article : The first JWST spectrum of a GRB afterglow: No bright supernova in observations of the brightest GRB of all time, GRB 221009A (arxiv.org)

L’exceptionnelle luminosité du sursaut GRB221009A a permis également de mener des observations dans le domaine de l’infrarouge thermique, grâce aux instruments NIRSPEC et MIRI du James Webb Space Telescope. C’est d’ailleurs la toute première fois que l’émission rémanente d”un sursaut est analysée à ces longueurs d’onde. En combinant ces observations avec celles obtenues dans le domaine des rayons X et celui du visible, les scientifiques ont pu apporter des contraintes sur la détection possible d’une supernova (SN) accompagnant le sursaut gamma, comme il l'a été observé dans certains autres cas par le passé (Levan et al. 2023). La présence éventuelle de cette supernova a donné lieu à de nombreuses controverses entre les experts. Les observations du JWST démontrent que cette SN, si elle existe, doit être significativement plus faible que les hypernovae comme 1998bw.

Par ailleurs, les données JWST ont permis de mieux contraindre l’extinction dans la direction du sursaut. Cette extinction est largement dominée par celle provenant de notre propre Galaxie, mais il y a cependant une composante non négligeable qui pourrait être locale au sursaut lui-même, dans sa galaxie-hôte. Les images de celle-ci obtenues par le télescope spatial Hubble dans le visible vont aussi dans ce sens : les scientifique ont pu montrer que c’est un disque vu quasiment par la tranche, avec donc une forte extinction naturelle. La forme de la galaxie est tout à fait comparable à celle caractérisant la population générale des galaxies-hôtes de sursauts gamma, ce qui montre que le caractère exceptionnel du GRB221009A n’est sans doute pas dû à son environnement. L’analyse du profil morphologique de la galaxie vient de méthodes d’analyse développées pendant la thèse de Benjamin Schneider, effectuée à l’IRFU/DAp et soutenue le 17/11/2022.

contacts DAp: Aline MEURIS , Olivier Limousin  ,

L’instrument STIX à bord de Solar Orbiter observe les éruptions solaires en bande X (4 - 150 keV) depuis avril 2020, en s’approchant du Soleil aussi près que 0.28 UA. Il a donc été conçu pour détecter des événements brefs et très intenses. Dans cette période de Soleil actif (proche du maximum solaire), le sursaut gamma est apparu en luminosité comme une éruption solaire de classe M. En revanche, sa signature spectrale permet immédiatement de reconnaître qu’il ne s’agit pas d’une éruption solaire car elle contient beaucoup plus de photons de haute énergie. La courbe de lumière est aussi assez singulière avec deux pics intenses dans une minute suivi d’un pic plus faible 4 minutes plus tard. 

En analysant la répartition spatiale des photons dans le plan de détection de STIX, on s’aperçoit que l’éruption a été observée sans passer par le système optique du télescope de Fourier (permettant de faire des images) mais par l’arrière et de côté de l’instrument, après avoir traversé toute la matière du satellite !

contact DPhP: Fabian Schussler

Article :H.E.S.S. Follow-up Observations of GRB 221009A - IOPscience

L’observatoire de rayons gamma de très haute énergie (au-delà de 100 GeV, noté VHE) H.E.S.S. en Namibie, n'a pas été en mesure d'observer le sursaut immédiatement car, en raison de la pleine lune à ce moment-là, le fond du ciel nocturne était trop élevé pour le fonctionnement de nos instruments hyper sensibles. Cependant, sous la coordination de F. Schussler de l’Irfu, les observations ont pu commencer deux jours plus tard, le 11 octobre, et se sont poursuivies pendant plus d'une semaine. Malheureusement, la campagne a été fortement influencée par des conditions atmosphériques plutôt mauvaises, notamment un ciel partiellement nuageux et une forte teneur en aérosols. Des analyses minutieuses des données acquises par H.E.S.S n'ont pas permis de détecter de manière significative des rayons gamma VHE à la position du GRB dans l'ensemble des données ni pendant des nuits individuelles. Néanmoins, cette absence de détection permet de mettre des limites à haute énergie sur les flux de rayon gamma attendus à la suite d’un sursaut gamma (voir figure ci dessous).

Les gammas de très haute énergie apparaissent lors de la deuxième phase surnommée «rémanence»,et sont produits par l’accélération d’électrons dans les chocs, résultant de l’explosion, dans les milieux ambiants de l’étoile morte. La non détection de gammas d’energie d’énergie supérieure à 650GeV associés au GRB221009A a permis de mettre des contraindres sur les différents scénarios d'émission théoriques possibles.