A multimessenger GW--GRB study of the sGRB population

Un étude multimessager pour la population des sGRB à travers GW et GRB Les sursauts gamma (en anglais Gamma-ray bursts, GRBs) sont des événements astrophysiques observés à un taux d'environ un par jour. Bien qu'ils soient régulièrement observés et étudiés depuis les années 70, et malgré le grand nombre de modèles qui pourraient décrire la physique des GRBs, une compréhension claire de ces événements est loin d'être atteinte. Une classe de GRBs, appelés "sursauts gamma courts" (en anglais short GRBs, sGRBs) en raison de leur durée inférieure à deux secondes, est supposée avoir pour origine principale la fusion de systèmes binaires d'étoiles à neutrons (BNS). La possibilité d'une telle connexion a été confirmée par l'observation conjointe d'un signal d'onde gravitationnelle (GW) provenant d'un système BNS, nommé GW170817, et d'un sGRB, nommé GRB 170817A. Ce sGRB était extrêmement proche et avait une luminosité mesurée étonnamment faible, de plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle des autres GRBs observés, ce qui suggère qu'il existe une fraction sous-lumineuse de la population des GRBs qui n'est pas détectée aux distances habituellement mesurées.Ce travail vise à caractériser la partie à faible luminosité de la population des sGRBs à travers une étude bayésienne multimessagers utilisant les ondes gravitationelles et les sursauts gamma. La population de sGRB est décrite par sa distribution de probabilité de luminosité, qui est une extension d'une loi de puissance brisée dont les paramètres ont déjà été contraints par des observations de sGRB de luminosité moyenne à élevée. Les paramètres de l'extension de la loi de puissance, c'est-à-dire l'indice à faible luminosité et la coupure à faible luminosité, sont contraints par une analyse bayésienne qui exploite les résultats de la recherche de GWs associées aux sGRBs détectés pendant les trois premières périodes d'observations du réseau LIGO/Virgo. La probabilité a priori est construite à partir d'une probabilité de taux constant sur les paramètres de faible luminosité. En supposant que les fusions BNS sont à l'origine de la plupart des sGRBs, le taux de sGRB est contraint a priori par la distribution du taux de BNS. La vraisemblance est construite comme la probabilité d'observer ce qui a été vu pendant les trois premières périodes d'observations, c'est-à-dire un événement de GW géńéré par un BNS associé à un et un seul des GRBs courts détectés pendant ces observations, le GRB correspondant ayant la luminosité du GRB 170817A et étant situé à la même distance que celui de la galaxie hôte de GW170817A.Les résultats obtenus nous permettent de d'estimer la distribution de luminosité pour la population de sGRB à des valeurs faibles et elle s'avère compatible avec d'autres distributions trouvées dans la littérature. La densité du taux local de sGRB est proche de la valeur trouvée pour le BNS, environ 320 par Gigaparsec cube par an. Les résultats obtenus permettent également d'estimer le taux de détection conjointe GW-GRB pour les prochaines périodes d'observations, en prévoyant entre 0 et 2 détections conjointes pendant O4 et entre 0 et 4 détections conjointes pendant O5. La dépendance de l'analyse à la distribution de masse des étoiles à neutrons a également été étudiée, mettant en évidence un fort impact sur la densité du taux local de sGRB mais une faible dépendance du taux de détection conjoint GW-GRB. Enfin, en faisant varier les paramètres déduits à l'origine par les observations de sGRB à moyenne et haute luminosité, on constate que ces paramètres n'ont pas un fort impact sur l'analyse.