Développement d’un pipeline pour la recherche d’événements astronomiques transitoires avec le spectro-imageur ECLAIRs dans le contexte de la mission Multi-longueurs d’onde SVOM

Soutenance de thèse de Miguel Llamas Lanza (Salle Coriolis, OMP)

Résumé de la thèse : L’étude des objets célestes à différentes longueurs d’onde est importante pour faire progresser notre compréhension de la physique qui régit l’Univers. Les phénomènes transitoires sont particulièrement intéressants car ils révèlent les aspects dynamiques et évolutifs du cosmos et sont généralement associés à des conditions physiques extrêmes. Les sursauts gamma (Gamma-ray Bursts ou GRB) sont parmi les phénomènes transitoires les plus lumineux observés. Ils se manifestent par de brefs (de quelques millisecondes à des centaines de secondes) flashs lumineux de rayons X/gamma suivis d’une émission multi-longueurs d’onde de plus longue durée.
Ces événements résultent de la fusion d’objets compacts (une paire d’étoiles à neutrons, ou une étoile à neutrons et un trou noir), ou de l’effondrement du cœur d’une étoile massive. En plus d’être des sondes précieuses pour étudier la physique dans des conditions extrêmes, les GRBs offrent un aperçu de l’histoire de l’Univers, car ils sont observés à toutes les distances (redshift). La mission Sino-Française SVOM a été lancée en juin 2024 pour détecter, localiser et caractériser les GRBs et autres sources transitoires, à l’aide d’un ensemble d’instruments spatiaux et terrestres dédiés dans une large gamme de longueurs d’onde. ECLAIRs est l’instrument phare pour détecter ces événements de manière autonome. Il s’agit d’un imageur à masque codé doté d’un large champ de vue (~2 sr) couvrant la gamme d’énergie de 4 à 150 keV. Il dispose d’un algorithme embarqué pour la détection des transitoires en temps réel.

Dans le but d’accroître les capacités de détection d’éclairs et le retour scientifique de la mission, les données sont analysées en sol, ce qui permet une recherche plus approfondie. Le bruit de fond intense et très variable observé par ECLAIRs et l’imprévisibilité de les événements transitoires entravent leur détection. Le point central de la thèse est le développement d’un pipeline, appelé offline-trigger ECLAIRs, qui analyse automatiquement les données transmises au sol. Depuis le lancement de la mission, l’offline-trigger a permis de détecter plusieurs sources transitoires. Parmi les avantages des analyses au sol, la synergie avec d’autres instruments permet une caractérisation plus détaillée des propriétés multi-longueurs d’onde et multi-messagers des phénomènes détectés. Ces synergies avec des observations externes constituent un aspect clé exploré au cours de cette thèse. Dans ce contexte, j’ai initié le développement d’un module scientifique pour identifier les événements de rupture par effet de marée (événements transitoires produits par la dislocation d’une étoile par un trou noir super-massif) dans le flot d’alertes optiques attendues par le futur observatoire Vera C. Rubin. Afin d’évaluer les capacités de détection d’ECLAIRs, j’ai mené une étude sur la détectabilité des GRBs à des redshifts très élevés. Dans cette étude, j’ai également étudié la présence de biais instrumentaux dans la caractérisation de ces événements lointains.

Composition du jury de thèse :

• Maria Grazia BERNARDINI, Rapporteure, INAF – Observatorio Astronomico di Brera
• Alexandre MARCOWITH, Rapporteur, CNRS – Université de Montpellier
• Frédéric PIRON, Examinateur, CNRS – Université de Montpellier
• Natalie WEBB, Examinatrice, Université Toulouse III – Paul Sabatier
• Arnaud CLARET, Examinateur, CEA – irfu
• Sylvain CHATY, Examinateur, Université Paris 7 – Denis Diderot
• Laurent BOUCHET, Directeur de thèse, Université Toulouse III – Paul Sabatier
• Jean-Luc Atteia, Membre invité, IRAP