Les sursauts gamma avec Fermi, Swift et X-Shooter : situation et perspectives

Europe/Paris
CESR & LATT -- Toulouse

CESR & LATT -- Toulouse

Description
Objectifs de l'atelier L'étude des sursauts gamma connaît un contexte très favorable (voir la rubrique "Scientific Context"), avec un afflux de données susceptibles de faire progresser la compréhension des mécanismes d'émission dans les jets relativistes, avec le développement de l'utilisation des sursauts gamma comme sondes de l'univers lointain et avec la perspective dans l'avenir d'élargir l'observation de ces sources à de nouveaux messagers. La communauté française est bien impliquée dans ces différents axes de recherche, tant sur le plan instrumental qu'observationnel et théorique. L'atelier proposé renforcera les interactions entre les équipes concernées et permettra l'émergence d'une réflexion nationale sur le thème "sursauts gamma", ce qui se révèle nécessaire pour tirer le meilleur parti de la forte implication française dans plusieurs projets instrumentaux pour la décennie qui vient de commencer. Programme de l'atelier Cet atelier s'inscrit dans la suite de l'atelier qui s'est tenu en avril 2008 au LPTA à Montpellier sur le thème des "sursauts gamma, accélérateurs cosmiques et sondes de l'univers extra-galactique". Forts du succès de cet atelier et désirant suivre les recommandations exprimées alors, l'édition 2010 mettra l'accent sur les résultats récents de Fermi, Swift et X-Shooter (soit de l'infra-rouge au GeV !), tout en élargissant le programme aux futurs projets et aux multi-messagers. Des revues seront proposées sur chacun de ces thèmes et un appel à contributions est lancé. L'atelier fera la part belle à la présentation des travaux en cours et à celle des projets à court et moyen terme des participants. Les présentations (à part les revues) seront courtes pour réserver une large place aux discussions. Le programme scientifique de cette rencontre se déclinera en quatre sessions : * Session 1 : Observations et modélisations des sursauts gamma Cette session souhaite faire le point sur notre compréhension physique du phénomène "sursaut gamma". L'accent sera mis sur les progrès récents dans l'ère Swift-Fermi, tant sur sur le plan des observations aux différentes longueurs d'onde (prompt, rémanence) que sur celui de la modélisation (moteur central, mécanismes d'émission dans le jet relativiste et dans le milieu extérieur choqué). * Session 2 : Les sursauts gamma pour explorer l'univers Cette session est consacrée à l'utilisation des sursauts gamma et de leur luminosité extrême pour explorer l'Univers distant : galaxies hôtes, milieu intervenant sur la ligne de visée, "standardisation" des sursauts gamma pour la mesure des paramètres cosmologiques. L'accent sera mis en particulier sur les premiers résultats des nouveaux instruments comme X-Shooter. * Session 3 : Autres messagers et perspectives Cette session vise à faire le point sur les sursauts gamma comme sources potentielles de rayonnement non photonique : ondes gravitationnelles, neutrinos, particules chargées. Il s'agit de mettre en parallèle les développements instrumentaux en cours avec les prédictions des modèles pour ces différents messagers. * Session 4 : Discussion générale L'atelier se terminera par une discussion générale sur la place dans la communauté française des sursauts gamma et des thèmes qui leur sont associés : état des lieux, collaborations, projets, actions à entreprendre, perspectives. Un accent particulier sera mis sur la préparation du projet sino-français SVOM. Comité d'organisation Attéia Jean-Luc (LATT, Toulouse) Blanchard Alain (LATT, Toulouse) Daigne Frédéric (IAP, Paris) Piron Frédéric (LPTA, Montpellier)
Participants
  • Alain BLANCHARD
  • Alain KLOTZ
  • Anne-Lise CAMUS
  • Arnaud CLARET
  • Basa Stephane
  • Bruce Gendre
  • Contini Thierry
  • Cordier Bertrand
  • Diego Gotz
  • Emeric Le Floc'h
  • Frédéric Daigne
  • Frédéric ESTEVE
  • Frédéric Piron
  • Giulia Stratta
  • GONZALEZ François
  • Hector Flores
  • Jean-Francois Le Borgne
  • Jean-Luc Atteia
  • Jean-Pierre GRANIER
  • JOURET-PERL Martine
  • Julien Bolmont
  • KANAAN Chadia
  • LE FEVRE Clemence
  • Martin Lemoine
  • MERCIER Karine
  • Michel Boer
  • Nadine Ladiette
  • Olivier GODET
  • Patrick Petitjean
  • Pete Roming
  • Ralph Wijers
  • Renaud Belmont
  • Robert Mochkovitch
  • Romain Hascoet
  • Schaffhauser Fabienne
  • Stéphane Schanne
  • Susanna Vergani
  • Sylvain Guiriec
  • Sébastien Rouquette
  • Tania Regimbau
  • Véronique Pelassa
  • Zeljka Bosnjak
  • Zonierowski Yves
  • Thursday, 23 September
    • 11:00 11:15
      Introduction à l'atelier 15m
    • 11:15 11:45
      S. Guiriec -- Overview of GRB observations with the Fermi Gamma-Ray Space Telescope (on behalf of the Fermi Collaborations) 30m
      Je presenterai les observations des sursauts gamma avec le Gamma-ray Burst Monitor (GBM) et le Large Area Telescope (LAT), les deux instruments a bord du Fermi Gamma-Ray Space Telescope en activite depuis 2 ans. Je passerai en revu les resultats principaux de la collaboration Fermi comme la presence de composantes additionnelles a la fonction de Band standard dans les GRBs courts et longs, la presence de breaks a haute energie, l'emission retardee a haute energie, ainsi que les mesures derivees comme les contraintes sur l'invariance de Lorentz.
      Slides
    • 11:15 17:50
      Session 1 : Observations et modélisations des sursauts gamma
    • 11:45 12:15
      B. Gendre -- Phase prompte et émission rémanente précoce en optique et infrarouge proche 30m
      Je ferai une revue des résultats marquants concernant la phase prompte et l'émission rémanente précoce vues en optique et infrarouge proche depuis le lancement de Swift.
      Slides
    • 12:15 12:45
      R. Wijers -- Review on radio observations of Gamma-Ray Bursts 30m
      Slides
    • 12:45 14:30
      Déjeuner 1h 45m
    • 14:30 15:00
      F. Daigne -- Revue des modèles 30m
      Slides
    • 15:00 15:20
      V. Pelassa (contribution) -- Uncovering the low-energy spectra of LAT transients 20m
      The standard analysis of data from the Large Area Telescope (LAT) is based on the full reconstruction and classification of events. The resulting spectra are yet restricted to energies greater than 100 MeV. Using a loosened event selection allows to recover the photon statistics between 30 MeV and 100 MeV, and increases our sensitivity to Gamma-Ray Bursts and other transient sources. This talk will present the performances of this method for detection and spectral analysis.
      Slides
    • 15:20 15:40
      R. Hascoet (contribution) -- Do Fermi-LAT observations really imply very large Lorentz factors in GRB outflows ? 20m
      Recent detections of GeV photons in a few GRBs by Fermi-LAT have led to strong constraints on the bulk Lorentz factor in GRB outflows. To avoid a large gamma-gamma optical depth, minimum values of the Lorentz factor are estimated to be as high as 800-1200 in some bursts. Here we present a detailed calculation of gamma-gamma optical depth taking into account both the geometry and the dynamics of the jet. In the framework of the internal shock model, we compute lightcurves at different energy and the corresponding spectrum and we show how the limits on the Lorentz factor could be lowered by a factor of 2-3 compared to previous estimates.
      Slides
    • 15:40 16:00
      P. Roming (contribution) -- Le projet JANUS 20m
      Slides
    • 16:00 16:30
      Pause 30m
    • 16:30 16:50
      Z. Bosnjak (contribution) -- Gamma-ray burst spectral evolution in the internal shock model: confrontation with Fermi observations 20m
      Using a time-dependent numerical model where the prompt gamma-ray burst emission is calculated in the framework of the internal shock model on a broad energy range (from soft X-ray to GeV energies), we compute gamma ray burst lightcurves and time-evolving spectra. We show how the spectral evolution in this model is determined by the evolution of the physical conditions in the shocked regions and by the dominant radiative process for the effective microphysics parameters. The predictions of the model are confronted with the observations in the standard sub-MeV energy range, as well as with high energy bands observed by Fermi/LAT. In the soft gamma-ray range we considered the evolution of the pulse shape in different energy channels and the empirical hardness-intensity and hardness-fluence correlations; the scenario where the soft gamma-ray component is due to synchrotron radiation from shock accelerated electrons gives the best agreement with observations. In this scenario a variable inverse Compton component is expected at high energies (>100 MeV). We examine the effect of this component on the observed light curve and spectral properties. In particular, we investigate if the properties of Fermi LAT observations (the delayed onset of high energy component, its prolonged duration with respect to GBM emission) can be accommodated within our model.
      Slides
    • 16:50 17:10
      R. Mochkovitch (contribution) -- Do flares in the early X-ray afterglow really imply a late activity of the central engine? 20m
      Slides
    • 17:10 17:30
      D. Goetz (contribution) -- A detailed spectral study of GRB 041219A and its host galaxy 20m
      GRB041219A is one of the longest and brightest Gamma-Ray Bursts (GRB) ever observed. It was discovered by the INTEGRAL satellite, and thanks to a precursor intervening about 300 s before the bulk of the burst, ground based telescopes were able to catch the rarely-observed prompt emission in the optical and in the near infrared bands. After a detailed analysis of its prompt gamma-ray emission, as observed with IBIS and SPI on board INTEGRAL, and of the available X-ray afterglow data collected by XRT on board Swift, we present the multi-band near infrared imaging data, collected at the TNG, and the CFHT, that allowed us to identify the host galaxy of the GRB as a nearby, underluminous, irregular galaxy of 5x109 solar masses at redshift z=0.31. Thanks to this distance measurement, we interpret the broad-band prompt optical to gamma-ray emission of the GRB, within the internal shock, and the reverse shock model. We were able to reproduce the GRB light curves and spectra by computing the emission by relativistic electrons accelerated by successive propagating shock waves within the relativistic flow.
      Slides
    • 17:30 17:50
      J.-L. Atteia (contribution) -- Recherche d'une émission de corps noir thermique dans les sursauts gamma détectés par HETE-2 20m
      Slides
  • Friday, 24 September
    • 09:00 09:30
      P. Petitjean -- Revue des résultats de spectroscopie haute résolution 30m
      I will review results obtained recently from intermediate and high spectral resolution observations of GRB afterglows. These observations make it possible to study the interaction of the GRB emission with the surrounding gas but also the physical state of the ISM of high-z galaxies in addition to the intervening absorbers detected along the line of sight to the GRB afterglow.
      Slides
    • 09:00 13:30
      Session 2 : Les sursauts gamma pour explorer l'univers
    • 09:30 10:00
      E. Le Floch -- Galaxies hôtes, SFR 30m
      Slides
    • 10:00 10:30
      H. Flores -- Observations des sursauts gamma avec X-Shooter et contraintes sur les progéniteurs (présenté par S. Vergani ci-après) 30m
    • 10:30 11:00
      Pause 30m
    • 11:00 11:20
      S. Vergani (contribution) -- GRB with X-Shooter: first results 20m
      Slides
    • 11:20 11:40
      C. Kanaan (contribution) -- La distribution de l'énergie isotrope des sursauts gamma revisée: émission isotrope 20m
    • 11:40 12:00
      A. Klotz (contribution) -- Recherche des contreparties optiques des déclenchements ondes gravitationnelles et neutrinos 20m
      Slides
    • 12:00 13:30
      Déjeuner 1h 30m
    • 13:30 14:00
      M. Lemoine -- Rayons cosmiques de ultra-haute energie et sursauts gamma 30m
      Cette contribution discutera la production de rayons cosmiques de tres haute energie et de neutrinos de haute energie par les sursauts gamma, en faisant le lien avec les derniers resultats de l'Observatoire Pierre Auger en particulier.
      Slides
    • 13:30 15:50
      Session 3 : Autres messagers et perspectives
    • 14:00 14:30
      T. Regimbau -- Détection en coïncidence ondes gravitationnelles / sursauts gamma 30m
      Les détecteurs interférométriques d'ondes gravitationnelles de première génération ont atteint leur sensibilité nominale, permettant une recherche en coïncidence de supernovae, coalescences de binaires compactes et soft gamma repeaters; avec les détecteurs de sursauts gamma. L'observation simultanée du signal gravitationnel et gamma permettrait non seulement de confirmer une détection, mais aussi de mieux comprendre les différents méchanismes d'émission et de contraindre les paramètres des sources. La synergie onde gravitationnelle / sursauts gamma prendra une toute autre dimension avec les détecteurs de troisième génération quand il sera possible d'utiliser des sirènes standards gravitationnelles pour tester le modèle concordant en cosmologie. Le détecteur européen Einstein Telescope (prévu pour 2020) devrait détecter plusieurs centaines de binaires compactes par an, en coïncidence avec des sursauts gamma courts a spectre durs. Alors que l’observation gravitationnelle fournit une mesure de la distance luminosité, la galaxie hôte du sursaut peut être utilisée pour mesurer le redshift. En ajustant la population observée a un modèle cosmologique, il sera alors possible de contraindre les paramètres de l’équation d’état de l’énergie noire. Dans cet expose, je passerai en revu les différents méchanismes d'émission, puis je presenterai les détecteurs d'ondes gravitationnels actuels et futurs, les premiers résultats obtenus avec Virgo/LIGO et les prédictions pour les prochaines générations de détecteurs.
    • 14:30 15:00
      B. Cordier -- La mission SVOM 30m
      Slides
    • 15:00 15:20
      S. Basa (contribution) -- Le suivi des GRBs à l'ère de SVOM 20m
      Slides
    • 15:20 15:50
      Pause 30m
    • 15:50 17:00
      Relevé de conclusions 1h 10m
      Minutes
    • 15:50 17:00
      Session 4 : Discussion générale