Etude des sursauts gamma à haute énergie avec SVOM // Study of Gamma-Ray Bursts at high energy with SVOM

La mission SVOM est principalement dédiée à l'étude des sursauts gamma (Gamma-Ray Bursts, GRBs), des phénomènes explosifs hautement énergétiques qui sont associés à des événements cataclysmiques (explosion d'une étoile massive ou coalescence d'objets compacts) conduisant à la formation de trous noirs de masse stellaire avec un jet ultra-relativiste. La phase dite prompte du GRB est une émission brève (de 0.01 s à quelques minutes), intense et variable de rayons X durs et de rayons gamma. Elle est suivie d'une phase de rémanence résultant de la décélaration du jet par le milieu environnant.

La thèse exploitera principalement les observations de GRBs par la caméra française à ouverture codée ECLAIRs (4-150 keV), qui détecte et localise les GRBs en temps réel, et par le GRM chinois (Gamma-Ray Monitor, 0,05-5 MeV), qui étend la couverture spectrale au domaine du MeV. Ensemble, ces deux instruments embarqués ont détecté plus de 200 GRBs depuis le lancement du satellite de SVOM le 22 juin 2024.

(1) Analyse de l'émission prompte des GRBs et interprétation physique dans le scénario synchrotron

Les mécanismes physiques responsables de l'émission prompte des sursauts gamma font encore l'objet de débat. Alors qu'une émission non thermique est attendue des électrons accélérés à haute énergie dans le jet, une émission quasi-thermique peut être produite près de la photosphère dans les jets faiblement magnétisés. Le.la doctorant.e analysera les observations par ECLAIRs et le GRM de la phase prompte des GRBs à l'aide de différents modèles d'émission synchrotron. Spécifiquement, il.elle développera une chaîne d'analyse complète pour tester l'hypothèse d'une origine synchrotron aux chocs internes de la composante non thermique dominante. Dans ce travail, la séparation des pulses d'émission marquant les différents épisodes d'accélération des électrons permettra de comparer correctement les spectres observés avec les prédictions théoriques. Cette étude utilisera l'échantillon le plus large possible, en se concentrant sur les GRBs les plus fluents afin d'atteindre la précision spectrale nécessaire pour distinguer les différents modèles.

Le.la doctorant.e recherchera également une composante quasi-thermique additionnelle dans les spectres des sursauts gamma. Le seuil bas de détection à 4 keV d'ECLAIRs est particulièrement adapté à l'étude de cette émission de rayons gamma mous, qui était/est difficile à réaliser à l'aide des instruments gamma spatiaux passés/existants, dont le seuil de détection est plus élevé (e.g., avec les missions Fermi et Swift).

(2) Opérations scientifiques

Plusieurs fois par mois, le.la doctorant.e sera d'astreinte en tant qu'Instrument Scientist (IS) au sein de l'ECLAIRs Instrument Center. En tant qu'expert des logiciels d'analyse des données ECLAIRs et GRM, l'IS valide les produits scientifiques officiels de haut niveau (courbes de lumière, durées d'émission, rapports de dureté, spectres à large bande, flux et fluences, décalages spectraux, luminosité et énergétique (si la distance est connue)). L'IS diffuse également les résultats préliminaires pour chaque GRB à la communauté mondiale via les circulaires du réseau GCN (General Coordinates Network) de la NASA.

Enfin, le.la doctorant.e assurera des astreintes comme Burst Advocate (BA) environ 20 jours par an. Le BA de SVOM joue un rôle opérationnel central : pour chaque alerte à bord, il.elle supervise sa validation en tant que source astrophysique, la génération des produits scientifiques à partir de tous les instruments SVOM (en coordination avec les IS), la rédaction de la première circulaire GCN haute énergie et les observations de suivi au sol avec les partenaires SVOM.

Les activités IS et BA permettront à l'étudiant.e de jouer un rôle de premier plan dans la publication des GRBs intéressants survenant pendant ses astreintes.
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The SVOM mission is primarily dedicated to the study of Gamma-Ray Bursts (GRBs), which are highly energetic explosive phenomena that can be detected from the very distant Universe. GRBs are associated with cataclysmic events (explosion of a massive star or coalescence of compact objects) leading to newborn stellar-mass black holes with an ultra-relativistic jet. The GRB so-called prompt phase is a brief (0.01 s to minutes), intense and erratic emission of hard X-rays and gamma rays. It is followed by an afterglow phase resulting from the jet deceleration by the circum-burst medium.

The thesis will mainly exploit GRB observations with the French ECLAIRs coded-aperture camera (4-150 keV), which ensures GRB detection and localization in real time. The PhD student will also make use of GRB data from the Chinese GRM (Gamma-Ray Monitor, 0.05-5 MeV), which extends the spectral coverage to the MeV domain. Together, these instruments on board the SVOM satellite have detected more than 200 GRBs since its launch on June 22, 2024.

(1) GRB prompt emission analysis and physical interpretation in the synchrotron scenario

The physical mechanisms which are responsible for the GRB bright prompt emission are still debated. Whereas a non-thermal emission is expected from high-energy electrons accelerated in the jet, a quasi-thermal emission can be produced near the photosphere in weakly magnetized jets. To investigate this question, the PhD student will analyze ECLAIRs and GRM observations of the GRB prompt phase using different models of synchrotron emission. Specifically, he/she will develop a complete analysis chain to test the hypothesis of an internal-shock synchrotron origin of the dominant non-thermal emission. In this work, the separation of emission pulses that mark different episodes of electron acceleration, will help compare properly the observed spectra with the theoretical expectations. This study will make use of the largest sample possible, focusing on the most fluent GRBs in order to reach the spectral accuracy that is required to distinguish between models.

Moreover, the PhD student will search for a possible additional quasi-thermal component in GRB spectra. This photospheric emission is directly related to the initial energy reservoir and to the jet magnetization. The ECLAIRs low-energy detection threshold of 4 keV is particularly suited to study this soft emission, which was/is difficult to conduct using past/existing gamma-ray space instruments with higher detection thresholds (e.g., with the Fermi and Swift missions).

(2) Scientific operations

Several times each month, the PhD student will be on duty as Instrument Scientist (IS) within the ECLAIRs Instrument Center. As expert in the ECLAIRs and GRM data analysis software, the IS validates the official high-level scientific products (light curves, emission durations, hardness ratios, broadband spectra, flux and fluences, spectral lags, luminosity and energetics (if the distance is known)). The IS broadcasts also the preliminary analysis results for each GRB to the world-wide community via circulars of the NASA General Coordinates Network (GCN).

Moreover, the PhD student will take Burst Advocate (BA) shifts about 20 days per year. The SVOM BA plays a central operational role: for each onboard alert, he/she supervises its validation as an astrophysical source, the generation of the scientific products from all SVOM instruments (in coordination with the IS's), the writing of the first high-energy GCN circular, and the ground follow-up observations with SVOM partners.

The IS and BA activities will allow the PhD student to play a leading role in the publication of individual GRBs of interest occuring during his/her shifts.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Enseignement supérieur

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le travail de thèse requiert une formation en astrophysique des hautes énergies (Master en astrophysique ou en astroparticules) et de bonnes connaissances en analyse statistique de données. Une très bonne pratique de Python est nécessaire, ainsi qu'une bonne connaissance de ses modules scientifiques.
The PhD candidate is expected to have a background in high-energy astrophysics (Master in Astrophysics or Astroparticle Physics) and good knowledge in statistical data analysis. A very good practice of Python is required, with a good knowledge of its scientific modules.