Ecole de Physique des Astroparticules
27 mai - 1 juin 2013
OHP, Saint Michel l'Observatoire
Ondes Gravitationnelles

Sursauts gamma

Frédéric DAIGNE
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) & UPMC - Institut Universitaire de France

Cours
Ce cours sur les sursauts gamma rappellera les principaux faits observationnels et les contraintes qui en découlent, puis le scénario physique général qui a été identifié par la communauté, et les grandes questions qui demeurent. Il mettra l'accent sur l'identification des progéniteurs et les conséquences quant à l'émission d'ondes gravitationnelles.
Chapitres
  1. Principaux faits observationnels
    1. Le sursauts gamma proprement dit
    2. La rémanence
  2. Les principales contraintes sur les modèles de sursauts gamma
  3. Un scenario physique en trois étapes
    1. Evénement initial, moteur central, éjection relativiste
    2. Dissipation au sein du jet et émission "prompte"
    3. Freinage du jet par le milieu extérieur et rémanence
    4. Questions en suspens
  4. Les sursauts gamma comme sources d'ondes gravitationnelles
    1.  Identification des progéniteurs
    2. Conséquences pour l'émission d'ondes gravitationnelles


Résumé

Les sursauts gamma sont sans doute le cas le plus extrême de phénomène explosif associé à la fin de vie des étoiles. Leur puissance rayonnée permet de les détecter à distance cosmologique. L'émission observée au cours d'un sursaut gamma est produite par un jet ultra-relativiste éjecté par une source compacte nouvellement formée. La première phase d'émission, dite "prompte", qui est de courte durée, très variable, et dominée par le rayonnement gamma, tire son origine d'un mécanisme dissipatif dans le jet lui-même. La seconde phase d'émission, la rémanence, est associée au freinage du jet par son environnement : le flux décroît rapidement au cours du temps, ainsi que la fréquence caractéristique de l'émission qui passe des rayons X au domaine visible et à la radio. Les sursauts gamma se divisent en deux classes selon leur durée. Ces deux classes diffèrent principalement par l'événement initial qui déclenche la formation de l'objet compact central. Pour les sursauts longs, il s'agit de l'effondrement d'étoiles très massives. Pour les sursauts courts, le statut est moins clair mais le candidat le plus discuté est la coalescence d'un système binaire de deux étoiles à neutrons ou d'une étoile à neutrons et d'un trou noir. Les sursauts gamma courts apparaissent alors comme de prometteuses sources d'ondes gravitationnelles.
Bibliographie
    • Hughes, "Gravitational Waves from Merging Compact Binaries", Annual Review of Astronomy & Astrophysics, 47,  107 (2009)
    • Nakar, E., "Short hard gamma-ray bursts", Physics Reports, 442, 166 (2007)
    • Kouveliotou et al., "Gamma-ray bursts", Cambridge University Press, 2013
    • G. Vedrenne & J.L. Atteia, "Gamma-ray bursts, the brightest explosions in the Universe", Springer 2009
    • T. Piran, "The physics of gamma-ray bursts", Rev. Mod. Phys. 76 (2004) 1143

 

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