Utilisation des sursauts gamma comme sondes de l'Univers lointain – BEaPro

Pour l'objectif (a):
- analyse des observations photométriques et spectroscopiques des galaxies hôtes des sursauts gamma;
- détermination des propriétés des galaxies hôtes (masse stellaire, formation stellaire, metallicité,..);
- comparaison des propriétés des galaxies hôtes avec celles des galaxies des grandes relevées;
- comparaison des propriétés des galaxies hôtes avec celles des galaxies hôtes d'autres explosions particulières.

Pour l'objectif (b):
- analyse des données spectroscopiques des rémanences et des galaxies hôtes des sursauts gamma;
- combinaison des informations du gaz (vitesse, metallicité, formation stellaire,...) obtenues par l'analyse des données;
- modélisation des propriétés;
- modélisation de la raie d’émission lyman-alpha.

Résultats attendus:
- utilisation robuste des LGRBs comme traceurs de la formation d'étoiles dans l'univers;
- détermination de contraintes indirectes sur les étoiles qui forment des LGRBs;
- comparaison pour la première fois des propriétés du gaz tiède et de la raie lyman-alpha en émission et absorption pour une galaxie sub-lumineuse à décalage spectral z~6;
- test des modèles de la raie lyman-alpha en émission;
- caractérisation d'une population de galaxies de faible masse, qui représente la majorité des galaxies dans l'univers jeune;
- lien entre les propriétés du ISM et l'activité de formation stellaire.

Nos résultats auront de l'impact sur une communauté plus large que celle des GRBs, car ils concerneront notre connaissance sur la formation stellaire et les propriétés des galaxies de faible masse jusqu'au plus jeunes ages de l'univers.
En outre nos résultats peuvent aussi être utilisés pour des études concernant les phases finales de l'évolution des étoiles massives.
La France aura un rôle de premier plan dans le champ des GRBs grâce à sa participation à la mission spatiale SVOM (satellite Sino-Francais dédié à la détection et l’étude des GRBs) qui sera lancée en 2021.
Ce projet ANR JCJC renforcera l'activité scientifique française dans ce domaine et augmentera le retour scientifique de la mission.

Conférencière invitée dans 6 conférences internationales.
Plus de 10 contributions orales dans des conférences internationales.

Publications dans des revues à comité de lecture:

Lyman continuum leakage in faint star-forming galaxies at redshift z = 3 - 3.5 probed by gamma-ray bursts
Vielfaure, J. -B.; Vergani, S. D.; Japelj, J.; Fynbo, J. P. U.; Gronke, M.; et al. 2020, A&A, in press (arXiv:2006.09377).

Are long gamma-ray bursts biased tracers of star formation? Clues from the host galaxies of the Swift/BAT6 complete sample of bright LGRBs. III: Stellar masses, star formation rates and metallicities at z > 1
Palmerio, J.T.; Vergani, S.D.; Salvaterra, R.; Sanders, R.L.; Japelj, J.; et al. 2019, A&A, 623, 26.

Host galaxies of SNe Ic-BL with and without long gamma-ray bursts
Japelj, J.; Vergani, S. D.; Salvaterra, R.; Renzo, M.; Zapartas, E.; de Mink, S. E.; et al. 2018, A&A, 617, 105

The X-shooter GRB afterglow legacy sample (XS-GRB)
Selsing, J.; Malesani, D.; Goldoni, P.; Fynbo, J. P. U.; Kruhler, T.; et al. (incl. Vergani, S.D.) 2019, A&A, 623, 92.

Investigation of dust attenuation and star formation activity in galaxies hosting GRBs Corre, D.; Buat, V.; Basa, S.; Boissier, S.; Japelj, J.; Palmerio, J.; et al. (incl. Vergani, S.D.) 2018, A&A, 617, 141

Molecular gas rich GRB host galaxy at the peak of cosmic star formation with significant out- flowing gas
Arabsalmani, M.; Le Floc’h, E.; Dannerbauer, H.; Feruglio, C.; Daddi, E.; et al. (incl. Vergani, S.D.) 2018, MNRAS, 476, 2332

Solving the conundrum of intervening strong Mg II absorbers towards gamma-ray bursts and quasars
Christensen, L.; Vergani, S.D.; Schulze, S.; Annau, N.; Selsing, J.; et al. 2017, A&A, 608, 84

Grâce à leur extraordinaire puissance, les rémanences des sursauts gamma (GRBs) peuvent être utilisées comme des sources permettant de révéler le gaz se trouvant tout le long de leur ligne de visée. Les GRBs longs (LGRBs) sont associés à l'effondrement d'étoiles massives et peuvent donc être utilisés comme traceurs de la formation d'étoiles dans l'univers jeune. Ils indiquent ainsi la présence de galaxies qui contribuent largement à la réionization de l'univers.
Les buts de ce projet sont: (a) l'étude des propriétés des galaxies hôtes d'un échantillon complet de LGRBs; (b) la combinaison des propriétés du gaz absorbant du milieu inter-stellaire (ISM) avec celles du gaz ionisé des galaxies hôtes.
Les résultats permettront: 1. une utilisation robuste des GRBs comme traceurs de la formation d'étoiles dans l'univers; 2. de contraindre les modèles des étoiles qui produisent les LGRBs; 3. la caractérisation d'une population de galaxies de faible masse, qui représente la majorité des galaxies dans l'univers jeune; 4. l'étude du lien entre les propriétés du ISM et l'activité de formation d'étoiles dans l'univers lointain.
Ce projet permettra au Coordinateur Scientifique de monter son équipe et de développer un group français travaillant sur cette thématique. Les résultats uniques de ce projet, permettront d'avoir une équipe française compétitive du point de vue international dans ce domaine et ils seront une base solide pour l'exploitation scientifique de la mission SVOM.