Recherche de sursauts gamma orphelins dans les données de l'observatoire Vera C. Rubin // Looking for orphan gamma ray bursts in the Vera C. Rubin observatory data

La thèse proposée a pour objectif l'étude des sursauts gamma orphelins dans les données du grand relevé Rubin-LSST via la mise en place des modules scientifiques afférents dans l'infrastructure du broker d'alerte FINK, et suivi par l'élaboration d'une stratégie d'observation multi-longueur d'ondes.
Les sursauts gamma comptent parmi les évènements les plus violents de l'univers, et se traduisent par des bouffées très intenses de photons gamma pour une durée allant de quelques secondes à quelques jours, pour des énergies allant du keV au TeV. Cette émission gamma est essentiellement due à un jet de particules relativiste extrêmement collimaté et n'est donc visible que lorsque ce jet pointe en direction de l'observateur. Par de simples considérations géométrique, lorsque ce jet est vu à grand angle, les modèles prévoient que l'émission à plus basse énergie (domaines optiques et radios) devraient être observable sous la forme de phénomènes transitoires lents et de faible luminosité. Ce phénomène est baptisé sursaut gamma orphelin ou émission rémanente orpheline, car on n'observe pas la composante gamma, mais uniquement l'émission optique ou radio. A ce jour, aucun phénomène transitoire n'a pu être identifié de manière certaine en tant que sursaut gamma orphelin, mais les modèles d'émission prévoient que plusieurs dizaines de tels évènements devraient être observés dans les données du Rubin-LSST chaque année.
L'observatoire Vera C. Rubin, installé sur le Mont Pachon au Chili, s'apprête à réaliser la cartographie la plus détaillée de l'ensemble du ciel austral pendant une durée de 10 ans, baptisé LSST (Large Synoptic Survey of Space and Time). Pour cela, l'observatoire est équipé d'un télescope à très grand champ de vue, plus de 27 fois la lune, et de la plus grande caméra numérique au monde : 3,2 milliards de pixels. L'observatoire prend en ce moment même ses premières images sur le ciel, le début du relevé LSST est prévu dès cet automne.

Le travail de thèse commencera de manière très concrète par la prise en main puis l'optimisation du module scientifique pour l'identification des candidats sursauts orphelins développé dans le cadre de la thèse précédente : il s'agira d'adapter le module aux premières vraies données du LSST. Une fois le module optimisé, il sera indispensable de mettre en place une stratégie de suivi des candidats dans un cadre multi-longueur d'onde et multi-messager, afin de pouvoir confirmer de manière certaine leur vraie nature et les caractériser proprement. La découverte d'un ou plusieurs sursauts gamma orphelins donnera accès à des considérations astrophysiques et/ou cosmologiques en fonction des données recueillies. Ce travail se déroulera dans le cadre de la Dark Energy Science Collaboration, grande collaboration scientifique réunissant les meilleurs.es experts.es internationaux et qui met fortement en avant l'inclusion et le bien être des personnes impliquées.

La thèse se déroulera au sein de l'équipe de Cosmologie Observationnel du LPSC à Grenoble. Les thématiques de recherche de l'équipe couvrent l'étude des rayons cosmiques, la cosmologie multi-longueurs d'onde avec les amas de galaxie et l'étude des phénomènes transitoires dans un cadre multi-messagers, ainsi que la cosmologie dans le domaine millimétrique.
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The proposed thesis aims to study orphan gamma-ray bursts (GRBs) in the data from the Rubin-LSST survey. This will involve implementing and optimizing the relevant scientific modules within the FINK alert broker infrastructure, followed by developing a multi-wavelength observation strategy.

Gamma-ray bursts are among the most violent events in the universe, characterized by intense bursts of gamma photons lasting from a few seconds to several days, with energies ranging from keV to TeV. This gamma emission is primarily due to an extremely collimated relativistic particle jet, making it visible only when the jet is directed toward the observer. Based on geometric considerations, when such a jet is observed at a large angle, models predict that lower-energy emissions (optical and radio) should be detectable as slow, low-luminosity transient phenomena. This phenomenon is known as an 'orphan gamma-ray burst' or 'orphan afterglow,' as only the optical or radio emission is observed, without the gamma-ray component. To date, no transient event has been definitively identified as an orphan gamma-ray burst, but emission models suggest that dozens of such events should be detected annually in Rubin-LSST data.

The Vera C. Rubin Observatory, located on Cerro Pachón in Chile, is preparing to conduct the most detailed survey of the entire southern sky over a 10-year period, known as the Legacy Survey of Space and Time (LSST). The observatory is equipped with a wide-field telescope—covering an area over 27 times the size of the Moon—and the world's largest digital camera, with 3.2 billion pixels. The observatory is currently capturing its first images, with the official start of the LSST survey expected this autumn.

The thesis work will begin with the practical task of mastering and optimizing the scientific module for identifying orphan GRB candidates, which was developed during the previous thesis. The module will need to be adapted to the first real LSST data. Once optimized, it will be essential to establish a follow-up strategy for candidates using multi-wavelength and multi-messenger approaches to confirm their true nature and properly characterize them. The discovery of one or more orphan gamma-ray bursts will provide access to astrophysical and/or cosmological insights, depending on the data collected. This work will be conducted within the Dark Energy Science Collaboration, a major international scientific collaboration that brings together leading experts and strongly emphasizes inclusion and the well-being of its members.

The thesis will take place within the Observational Cosmology team at LPSC in Grenoble. The team's research focuses on cosmic rays, multi-wavelength cosmology with galaxy clusters, the study of transient phenomena in a multi-messenger context, and millimeter-wave cosmology.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://rubinobservatory.org/

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

47 PHYS - Physique

Compétences métier/savoir faire - Connaissance des processus physiques à haute énergie (synchrotron, Compton, ...) - Connaissance des jets relativistes en tant qu'objets astrophysiques - Bases en astronomie dans le domaine optique - Environnement scientifique python (matplotlib, numpy, pandas, astropy, scipy) Savoir être - Motivation - Curiosité et créativité - Travail en équipe - Communication
Trade skills/ expertise - Knowledge of high energy physics processes (synchrotron, Compton, ...) - Knowledge of relativistic jets as astrophysical objects - Basics of optical domain astronomy - Python-based data science framework (matplotlib, numpy, pandas, astropy, scipy) Personal skills - Motivation - Curiosity and creativity - Team work - Communication