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 de servir de 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 époques (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 le principal instrument pour détecter ces événements de manière autonome, à bord. 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. Le bruit de fond intense et très variable observé par ECLAIRs et l'imprévisibilité de ces transitoires entravent leur détection.
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 point central de la thèse est le développement d'un pipeline, appelé offline-trigger ECLAIRs, qui traite 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 se distingue car elle 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 le cadre du développement de l’offline-trigger. 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 de l'observatoire Vera C. Rubin à venir.
Dans le cadre de l'évaluation des capacités de détection d'ECLAIRs, j'ai mené une étude sur la détectabilité des GRBs à des redshifts très élevés. Dans cette étude, nous avons également étudié la présence de biais instrumentaux dans la caractérisation de ces événements lointains, en particulier en relation avec leurs mesures de durée. |
The study of celestial objects across various wavelengths is essential for advancing our understanding of the physics that govern the Universe. Transient phenomena are particularly interesting as they expose the dynamic and evolving aspects of the cosmos, and are usually associated to extreme physical conditions.
Gamma-ray bursts (GRBs) are among the most luminous transient phenomena observed. They manifest as brief (lasting from a few milliseconds to hundreds of seconds), bright flashes of gamma/X-rays followed by a longer-lasting multi-wavelength emission. These events result from the merger of compact objects (a pair of neutron stars, or a neutron star and a black hole), or from the core-collapse of a massive star. In addition to serving as valuable probes to study the physics at extreme conditions, GRBs offer insights into the history of the Universe, as they are observed at all epochs (redshifts).
The SVOM Sino-French mission has been launched on June 2024 to detect, localise and characterise GRBs and other transients, using a set of dedicated space and ground based instruments across a broad range of wavelengths. ECLAIRs is the main trigger instrument on board. It is a coded-mask imager with a wide field of view (~2 sr) covering the 4 - 150 keV energy range. It features an onboard trigger algorithm for the detection of transients in real time. The intense and highly variable background noise observed by ECLAIRs and the unpredictability of these transients hinders their detection.
To enhance ECLAIRs detection capabilities and the scientific return of the mission, the data are analysed on the ground, allowing for a more thorough search. The core of the thesis focuses on the development of a pipeline, which automatically processes the data transmitted to the ground, the ECLAIRs offline trigger. Since the launch of the mission, the offline trigger has provided several detections of transients.
Among the benefits of ground-based analyses, the synergy with other instruments stands out as it enables a more detailed characterisation of the multi-wavelength and multi-messenger properties of the detected phenomena. These synergies with external facilities form a key aspect explored during this thesis as part of the offline trigger development. In the context, I initiated the development of a science module to identify Tidal Disruption Events (transient events produced by the disruption of a star by a supermassive black hole) from the large stream of optical alerts expected from the upcoming Vera C. Rubin Observatory.
Within the framework of evaluating ECLAIRs detection capabilities, I conducted a study on the detectability of GRBs at very high redshifts. In this study, we also investigated the presence of instrumental biases in characterising these distant events, particularly in relation with their duration measurements. |