The GRANDMA network in preparation for the fourth gravitational-wave observing run

GRANDMA is a world-wide collaboration with the primary scientific goal ofstudying gravitational-wave sources, discovering their electromagneticcounterparts and characterizing their emission. GRANDMA involves astronomers,astrophysicists, gravitational-wave physicists, and theorists. GRANDMA is now atruly global network of telescopes, with (so far) 30 telescopes in bothhemispheres. It incorporates a citizen science programme (Kilonova-Catcher)which constitutes an opportunity to spread the interest in time-domainastronomy. The telescope network is an heterogeneous set of already-existingobserving facilities that operate coordinated as a single observatory. Withinthe network there are wide-field imagers that can observe large areas of thesky to search for optical counterparts, narrow-field instruments that dotargeted searches within a predefined list of host-galaxy candidates, andlarger telescopes that are devoted to characterization and follow-up of theidentified counterparts. Here we present an overview of GRANDMA after the thirdobserving run of the LIGO/VIRGO gravitational-wave observatories in $2019-2020$and its ongoing preparation for the forthcoming fourth observational campaign(O4). Additionally, we review the potential of GRANDMA for the discovery andfollow-up of other types of astronomical transients.<br

GRANDMA and HXMT Observations of GRB 221009A -- the Standard-Luminosity Afterglow of a Hyper-Luminous Gamma-Ray Burst

GRB 221009A is the brightest Gamma-Ray Burst (GRB) detected in more than 50 years of study. In this paper, we present observations in the X-ray and optical domains after the GRB obtained by the GRANDMA Collaboration (which includes observations from more than 30 professional and amateur telescopes) and the Insight-HXMT Collaboration. We study the optical afterglow with empirical fitting from GRANDMA+HXMT data, augmented with data from the literature up to 60 days. We then model numerically, using a Bayesian approach, the GRANDMA and HXMT-LE afterglow observations, that we augment with Swift-XRT and additional optical/NIR observations reported in the literature. We find that the GRB afterglow, extinguished by a large dust column, is most likely behind a combination of a large Milky-Way dust column combined with moderate low-metallicity dust in the host galaxy. Using the GRANDMA+HXMT-LE+XRT dataset, we find that the simplest model, where the observed afterglow is produced by synchrotron radiation at the forward external shock during the deceleration of a top-hat relativistic jet by a uniform medium, fits the multi-wavelength observations only moderately well, with a tension between the observed temporal and spectral evolution. This tension is confirmed when using the extended dataset. We find that the consideration of a jet structure (Gaussian or power-law), the inclusion of synchrotron self-Compton emission, or the presence of an underlying supernova do not improve the predictions, showing that the modelling of GRB22109A will require going beyond the most standard GRB afterglow model. Placed in the global context of GRB optical afterglows, we find the afterglow of GRB 221009A is luminous but not extraordinarily so, highlighting that some aspects of this GRB do not deviate from the global known sample despite its extreme energetics and the peculiar afterglow evolution.Comment: Accepted to ApJL for the special issue, 37 pages, 23 pages main text, 6 tables, 13 figure

Ready for O4 II: GRANDMA Observations of Swift GRBs during eight-weeks of Spring 2022

We present a campaign designed to train the GRANDMA network and its infrastructure to follow up on transient alerts and detect their early afterglows. In preparation for O4 II campaign, we focused on GRB alerts as they are expected to be an electromagnetic counterpart of gravitational-wave events. Our goal was to improve our response to the alerts and start prompt observations as soon as possible to better prepare the GRANDMA network for the fourth observational run of LIGO-Virgo-Kagra (which started at the end of May 2023), and future missions such as SM. To receive, manage and send out observational plans to our partner telescopes we set up dedicated infrastructure and a rota of follow-up adcates were organized to guarantee round-the-clock assistance to our telescope teams. To ensure a great number of observations, we focused on Swift GRBs whose localization errors were generally smaller than the GRANDMA telescopes' field of view. This allowed us to bypass the transient identification process and focus on the reaction time and efficiency of the network. During 'Ready for O4 II', 11 Swift/INTEGRAL GRB triggers were selected, nine fields had been observed, and three afterglows were detected (GRB 220403B, GRB 220427A, GRB 220514A), with 17 GRANDMA telescopes and 17 amateur astronomers from the citizen science project Kilonova-Catcher. Here we highlight the GRB 220427A analysis where our long-term follow-up of the host galaxy allowed us to obtain a photometric redshift of $z=0.82\pm0.09$, its lightcurve elution, fit the decay slope of the afterglows, and study the properties of the host galaxy

Глибинна будова і геодинамічні особливості земної кори західного узбережжя Каспійського моря

The article presents 2D gravity model of the geodynamic profile of Samur—Baku, located on the western coast of the Caspian Sea and the geodynamic characteristics of the earth crust in the profile region are studied. 2D gravity model is made by the matching method of density boundaries. The boundaries of the lower layer of crust (28—32 km) and the Moho surface (47—57 km) are specified. Along the profile, the velocity curves of modern vertical and horizontal motions are analyzed. On the curve of velocities of modern vertical motions on the boundary of the rise and fall of the earth’s crust, places of stress accumulation zones along the profile were identified. Modern vertical motions of the earth’s crust show that along the profile the main stress accumulation zones are located in the immediate vicinity of the points Khudat, Charkhi, Siazan and Baku. The average deformation velocity between two GPS points was calculated by dividing the velocities difference to the distance between these points. It is established that the zone of the highest deformation velocity (97,5 nanostrain/year) coincides with the zone of the Siazan fault, the zone of the Gusar-Shabran edge trough is characterized by a velocity of 22,3 nanostrain/year. The low deformation velocity (8,9 nanostrain/year) coincides with the zone of the Shamakhi-Gobustan synclinorium. These zones of stress accumulation in the gravity model coincide with the protrusions along the surface of the upper and lower layers of the consolidated crust and marked by hypocenters of earthquakes. The values of the radii of foci of earthquakes that create additional perceptible stresses that affect the geodynamic conditions of the earth crust in the profile region are determined.Приведена 2D гравитационная модель по геодинамическом профиля Самур-Баку, расположенном на западном побережье Каспийского моря. Изучено геодинамические характеристики коры в районе профиля. 2D гравитационная модель составлена методом подбора плотностных границ. Проведено уточнение границы нижнего слоя коры (28-32 км) и поверхности раздела Moxo (47-57 км). Вдоль профиля проанализированы кривые скорости современных вертикальных и горизонтальных движений. По кривым скорости современных вертикальных движений на грани подъема и опускания земной коры выделены места аккумуляции напряженности по профилю. Показано также, что вдоль профиля основные зоны аккумуляции напряжений размещаются в непосредственной близости от пунктов Худат, Чархи, Сиазань и Баку. Среднее значение скорости деформации между двумя GPS точками вычислено путем деления разницы скоростей на расстояние между этими точками. Установлено, что зона максимальной скорости деформации (97,5 nanostrain / год) совпадает с зоной Сиазанського разлома, зона Гycаp-Шабранскому краевого прогиба характеризуется скоростью деформации 22,3 nanostrain / год. Низкая скорость деформации (8,9 nanostrain / год) совпадает с зоной Шамаха-Гобустанский синклинорию. Зоны концентрирования напряжений в гравитационной модели соответствуют выступлениям по поверхности верхнего и нижнего слоев консолидированной коры и зафиксированы очаг землетрясений. Определены радиусы очагов землетрясений, которые создают дополнительные ощутимые напряжения, которые влияют на геодинамические условия коры в районе профиля.Наведено 2D гравітаційну модель по геодинамічному профілю Самур—Баку, розташованому на західному узбережжі Каспійського моря. Вивчено геодинамічні характеристики кори в районі профілю. 2D гравітаційна модель складена методом підбору густинних меж. Проведено уточнення межі нижнього шару кори (28—32 км) і поверхні поділу Moxo (47—57 км). Уздовж профілю проаналізовано криві швидкості сучасних вертикальних і горизонтальних рухів. За кривими швидкості сучасних вертикальних рухів на межі піднімання і опускання земної кори виділено місця акумуляції напруженості за профілем. Показано також, що вздовж профілю основні зони акумуляції напружень розміщуються у безпосередній близькості від пунктів Худат, Чархи, Сіазань і Баку. Середнє значення швидкості деформації між двома GPS точками обчислено шляхом ділення різниці швидкостей на відстань між цими точками. Встановлено, що зона найбільшої швидкості деформації (97,5 nanostrain/рік) збігається із зоною Сіазанського розлому, зона Гycаp-Шабранського крайового прогину характеризується швидкістю деформації 22,3 nanostrain/рік. Низька швидкість деформації (8,9 nanostrain/рік) збігається із зоною Шамаха-Гобустанського синклинорію. Зони концентрування напружень у гравітаційної моделі відповідають виступам по поверхні верхнього і нижнього шарів консолідованої кори і зафіксовані гіпоцентрами землетрусів. Визначено радіуси осередків землетрусів, що створюють додаткові відчутні напруження, які впливають на геодинамічні умови кори в районі профілю

Оцінка сейсмічних впливів на південному схилі Великого Кавказу (Азербайджан) по сценарним землетрусам: параметри і моделі прискорення переміщення грунту

In this paper, earthquake scenarios parameters were assessed for deterministic seis-mic hazard of the southern slope of Greater Caucasus (Azerbaijan). Historically, there occurred strong earthquakes in the studied region. Series of soft and strong earthquakes occurred for the recent years on the southern slope of Greater Caucasus in Azerbaijan in Balakan (14.10.2012, M = 5,6; 29.06.2014, M = 5,3); Zagatala (07.05.2012, M = 5,7; 18.05.2012, M = 5,0; 05.06.2018, M = 5,5); Sheki (earthquake swarm 05.02.2004, M = 3,2 ¸ 4.6); Sheki-Oguz (04.09.2015, M = 5,9); Gabala 04.10.2014, M = 5,0); Ismailli (05.02.2019, M = 5,2) demonstrates the increase of seismic activity in the given region and proves once aga-in the necessity and actuality of continuation of the seismic hazard assessment resear-ches. For earthquake scenarios of various distances, average response spectrum (5 % attenuation) of surface ground fluctuation was plotted, peak ground acceleration were assessed at the maximum magnitude, series of peak ground acceleration models were simulated at respective MSK-64 intensity, and also amplification factor distribution map. The comparative analysis allows presuming that amplification occurs due to the resonance processes, that is, softer soils produce seismic wave amplitude amplification as a result of impedance differences of those layers and harder rocks. Seismic intensity increase is observed in the sites with soft-cemented sand-clayey soils, although with sands-tones, limestone and sandy marlstone of various thicknesses. It is demonstrated that ground displacements are various and not obviously oriented towards seismic source.Оценены параметры сценарных землетрясений для детерминистической оценки сейсмической опасности южного склона Большого Кавказа (Азербайджан). В историческом прошлом в исследуемом регионе происходили сильные землетрясения. Серия ощутимых и сильных землетрясений, произошедших за последние годы на южном склоне Большого Кавказа в пределах территории Азербайджана в Балакане (14.10.2012, M = 5,6; 29.06.2014, M = 5,3) Загатале (07.05.2012, M = 5,7; 18.05.2012, M = 5,0; 05.06.2018, M = 5,5) Шеки ( "рой" землетрясений 05.02.2004, M = 3,2 ё 4,6) Шеки-Огуз (04.09.2015, M = 5,9) Габале (04.10.2014, M = 5,0); Исмаили (05.02.2019, M = 5,2), показывает рост сейсмической активности этого региона и еще раз доказывает необходимость и актуальность продолжения исследований по оценке сейсмической опасности. Для сценарных землетрясений различной удаленности построено средние спектры реакции (при 5% -ном угасании) колебаний поверхности почвы,оценены максимальные горизонтальные ускорения перемещения грунта при максимальной возможной магнитуды, построено серии моделей пиковых ускорений перемещений почвы и соответствующей интенсивности по балльной шкале MSK-64, а также карту распределения амплитуды усиления сейсмической волны. Сравнительный анализ позволяет предположить, что усиление амплитуды волны возникает вследствие резонансных процессов, то есть пухлее слои почвы влияют на увеличение амплитуды сейсмической волны вследствие разности импедансов этих слоев и более твердых пород. увеличение интенсивности сейсмичности наблюдается на участках с пропластками слабозцементованих песчано-глинистых отложений, хотя существуют слои песчаников, известняков и песчаных мергелей различной мощности. Показано, что перемещения грунта не является одномерными и не ориентированы строго по направлению на сейсмическое источник.Оцінено параметри сценарних землетрусів для детерміністичної оцінки сейсмічної небезпеки південного схилу Великого Кавказу (Азербайджан). В історичному минулому у досліджуваному регіоні відбувалися сильні землетруси. Серія відчутних і сильних землетрусів, що сталися за останні роки на південному схилі Великого Кавказу в межах території Азербайджану в Балакане (14.10.2012, M = 5,6; 29.06.2014, M = 5,3); Загаталі (07.05.2012, M = 5,7; 18.05.2012, M = 5,0; 05.06.2018, M = 5,5); Шеки (“рій” землетрусів 05.02.2004, M = 3,2 ё 4,6); Шеки-Огуз (04.09.2015, M = 5,9); Габалі (04.10.2014, M = 5,0 ); Ісмаїлі (05.02.2019, M = 5,2 ), показує зростання сейсмічної активності цього регіону і ще раз доводить необхідність і актуальність продовження досліджень з оцінювання сейсмічної небезпеки. Для сценарних землетрусів різної віддаленості побудовано середні спектри реакції (при 5%-му згасанні) коливань поверхні ґрунту,оцінено максимальні горизонтальні прискорення переміщення ґрунту за максимальної можливої магнітуди, побудовано серії моделей пікових прискорень переміщень ґрунту і відповідної інтенсивності за бальною шкалою MSK-64, а також карту розподілу амплітуди посилення сейсмічної волни. Порівняльний аналіз дає змогу припустити, що посилення амплітуди хвилі виникає внаслідок резонансних процесів, тобто пухкіші шари ґрунту впливають на збільшення амплітуди сейсмічної хвилі внаслідок різниці імпедансів цих шарів і твердіших порід . Збільшення інтенсивності сейсмічності спостерігається на ділянках з пропластками слабозцементованих піщано-глинистих відкладів, хоча існують шари пісковиків, вапняків і піщаних мергелів різної потужності. Показано, що переміщення ґрунту не є одновимірними і не орієнтовані чітко за напрямком на сейсмічне джерело

GRANDMA observations of advanced LIGO’s and advanced Virgo’s third observational campaign

International audienceGRANDMA (Global Rapid Advanced Network Devoted to the Multi-messenger Addicts) is a network of 25 telescopes of different sizes, including both photometric and spectroscopic facilities. The network aims to coordinate follow-up observations of gravitational-wave (GW) candidate alerts, especially those with large localization uncertainties, to reduce the delay between the initial detection and the optical confirmation. In this paper, we detail GRANDMA’s observational performance during Advanced LIGO/Advanced Virgo Observing Run 3 (O3), focusing on the second part of O3; this includes summary statistics pertaining to coverage and possible astrophysical origin of the candidates. To do so, we quantify our observation efficiency in terms of delay between GW candidate trigger time, observations, and the total coverage. Using an optimized and robust coordination system, GRANDMA followed-up about 90 per cent of the GW candidate alerts, that is 49 out of 56 candidates. This led to coverage of over 9000 deg^2 during O3. The delay between the GW candidate trigger and the first observation was below 1.5 h for 50 per cent of the alerts. We did not detect any electromagnetic counterparts to the GW candidates during O3, likely due to the very large localization areas (on average thousands of degrees squares) and relatively large distance of the candidates (above 200 Mpc for 60 per cent of binary neutron star, BNS candidates). We derive constraints on potential kilonova properties for two potential BNS coalescences (GW190425 and S200213t), assuming that the events’ locations were imaged