Stratégie d'observation pour la détection des rémanences de sursauts gamma et des contreparties électromagnétiques des événements transitoires

L'astronomie des transitoires s'est considérablement développée ces dernières années avec l'émergence de nouveaux instruments capables de détecter et de suivre rapidement des phénomènes astrophysiques variables. Parmi eux, les sursauts gamma (Gamma-Ray Bursts, ou GRBs) constituent certaines des explosions les plus énergétiques de l'Univers. Ces événements extrêmement lumineux et transitoires sont associés à la formation d'un objet compact et à l'émission de jets relativistes. Ils peuvent notamment être produits lors de l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives ou lors de la coalescence de deux étoiles à neutrons.

Les GRBs présentent une émission prompte, principalement observée aux hautes énergies, suivie d'une rémanence (afterglow) multi-longueurs d'onde qui peut être détectée pendant plusieurs heures voire jours. L'observation rapide et régulière de cette rémanence permet de caractériser la physique de l'explosion, la géométrie des jets relativistes et l'environnement des sources. Les coalescences d'étoiles à neutrons constituent également une cible privilégiée de l'astronomie multi-messagers, car elles peuvent être accompagnées à la fois d'émission gravitationnelle et de contreparties électromagnétiques, telles que des GRBs courts et des kilonovae.

Dans le contexte de l’astronomie des transitoires, le Legacy Survey of Space and Time (LSST) produira un très grand nombre d’alertes correspondant à des sources astrophysiques variables ou transitoires. L’identification rapide de la nature de ces sources et la caractérisation de leur évolution temporelle sont essentielles pour sélectionner les événements les plus intéressants pour un suivi avec des télescopes dédiés aux observations rapides.

COLIBRI est un télescope robotique de 1,3 m installé à l’observatoire de San Pedro Mártir au Mexique. Il est notamment dédié au suivi rapide de sources transitoires et permet d'obtenir des observations photométriques dans plusieurs bandes optique et proche infrarouge. Sa capacité à réagir rapidement aux alertes en fait un instrument particulièrement adapté à l'étude de phénomènes transitoires tels que les rémanences de sursauts gamma (afterglows) ou les contreparties électromagnétiques d'événements multi-messagers.

L'objectif de ce stage sera de participer à l'analyse d'une ou de quelques sources transitoires détectées par LSST et suivies avec COLIBRI. L'étudiant.e prendra en main les outils d'analyse photométrique déjà développés au sein de l'équipe afin d'exploiter les observations disponibles et de construire les courbes de lumière et les distributions spectrales en énergie des sources étudiées.

Une première partie du travail consistera à analyser les données LSST et COLIBRI : extraction et contrôle des mesures photométriques, recherche d'éventuelles détections dans différentes bandes, construction des courbes de lumière et comparaison des observations obtenues à différents temps. L'étudiant.e pourra également utiliser les outils existants pour effectuer de la photométrie forcée et caractériser les sources faibles.

Le travail portera ensuite sur le développement d'outils simples de classification des transitoires. L'objectif sera notamment d'étudier si les propriétés temporelles et spectrales d'une source sont compatibles avec différents scénarios astrophysiques, par exemple une rémanence de sursaut gamma (afterglow) ou une kilonova. L'étudiant.e pourra explorer différents indicateurs tels que l'évolution de la luminosité avec le temps, les couleurs, les pentes des courbes de lumière et leur évolution spectrale. Ces informations pourront être comparées à des modèles ou à des populations de sources connues.

Selon les sources sélectionnées et les données disponibles, l'analyse pourra également être complétée par des informations provenant d'autres relevés astronomiques ou d'observations complémentaires. L'objectif ne sera pas de développer un classificateur complet pour l'ensemble des alertes LSST, mais de mettre au point et tester une première approche de classification sur un petit nombre de cas d'étude.

Ce stage permettra ainsi à l'étudiant.e de se familiariser avec l'analyse de données astronomiques réelles, la photométrie des sources transitoires, l'utilisation de données provenant de plusieurs instruments et le développement d'outils d'analyse en Python. Il donnera également une première expérience de l'exploitation scientifique des alertes du LSST dans le contexte de l'astronomie des transitoires et multi-messagers.

Compétences nécessaires

• Programmation Python, idéalement à un niveau intermédiaire à avancé ;

• Goût pour l'analyse et le traitement de données scientifiques ;

• Anglais ou français.