On the Signature of Highest Energy Particles in Gamma-Ray Bursts

The launch of Fermi observatory opens new possibilities to develop diagnosis of Gamma-Ray Burst parameters, especially during their prompt emission. In this paper, first, we focus on the issue of the observability of the electron distribution cutoff , which is very sensitive to magnetic field parameters (intensity, turbulence level...). Its observability mainly depends on the importance of the Self-Synchro-Compton emission and, of γ-γ absorption process, that we calculate by taking account of the important stratification of the medium. Actually we found wide possibilities to observe or deduce the electron distribution cutoff and thus constrain magnetic parameters in the outflow of the burst. Then, we also focus on the possible gamma signature of the cosmic ray production during the prompt emission, through their synchrotron emission around a few GeV. Again we look at the γ-γ absorption process and found nevertheless favorable conditions (particularly if B ∝ 1/r) to observe this signature for some range of magnetic parameters, when the Compton parameter is sufficiently small (Y < 10 −2)

Gamma-Ray Bursts and Cosmic Rays

Les sursauts gamma sont parmi les phénomènes les plus énergétiques présents dans l'Univers. Leurs principales propriétés observationnelles et théoriques sont tout d'abord rappelées. Elles permettent d'envisager l'accélération de particules, ou rayons cosmiques, suivant des mécanismes de Fermi, via un choc externe ultra-relativiste mais également via des chocs internes. Le régime diffusif de Bohm, habituellement utilisé pour décrire l'accélération des rayons cosmiques dans les chocs internes, s'avère inapproprié et reste incompatible avec les observations et le modèle standard associé. Une autre hypothèse, plus aboutie sur le plan théorique, est considérée ici: celle d'un régime diffusif associé à une turbulence de type Kolmogorov. Ce dernier conduit, malheureusement, à un processus d'accélération bien moins efficace, qui reste incapable de produire des rayons cosmiques ultra-énergétiques ($>10^{19}$ eV). Les conséquences d'un tel processus sur l'émission à haute énergie sont détaillées et permettent, notamment, de rendre compte du spectre des émissions promptes observées. Le problème de la génération des rayons cosmiques ultra-énergétiques au sein des sursauts gamma est résolu d'une autre façon: un mécanisme d'accélération additionnelle, sur les irrégularités magnétiques présentes lors de la phase des chocs internes, est proposé. Celui-ci, assimilable à un processus de Fermi relativiste, est étudié analytiquement et numériquement. Les résultats numériques confirment l'efficacité du scénario envisagé et montrent que les capacités accélératrices des sursauts gamma sont tout à fait suffisantes pour produire une quantité importante de rayons cosmiques ultra-énergétiques. Enfin, une signature de ces rayons cosmiques est mise en évidence: il s'agit d'une émission synchrotron d'origine hadronique autour du GeV qui pourrait être observée.Gamma-Ray Bursts are known as one of the most energetic phenomena in the Universe. First, observational and theoretical properties of Gamma-Ray Bursts are recalled. They constitute a strong support in studying cosmic ray acceleration in the external shock but also, in the internal shocks. The Fermi acceleration, in the internal shock model, is usually considered with an assumption of a Bohm scaling: the Bohm's conjecture, which is not confirmed by theory or by numerical simulation, leads to unrealistic conclusions in contradiction with observations and the related standard model. Another hypothesis is so studied with a Kolmogorov scaling: although the acceleration process is unable to generate Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECRs), the consequences on high energy emission are detailled and could explain the origine of the prompt emission. The problem of UHECR generation is solved according to an additional relativistic Fermi process operating in the internal shock phase and using MHD disturbances. A numerical simulation confirms the efficiency of a such process: the Gamma-Ray Bursts can produce an important UHECR flux. At last, synchrotron emission from UHECRs could be at the origine of an observable signature around the GeV energy range

Sursauts Gamma et rayons cosmiques

Les sursauts Gamma (SG) sont parmi les phénomènes les plus énergétiques de l'univers et l'accélération des rayons cosmiques peut y être envisagée via des processus de Fermi. Le régime diffusif de Bohm, habituellement utilisé dans les chocs internes, est incompatible avec les observations et le modèle théorique standard. C'est plutôt un régime diffusif dit de Kolmogorov qui doit être considéré. Il conduit à un processus d'accélération convenable mais ne permet pas de produire des rayons cosmiques ultra-énergétiques (RCUE). Les conséquences de ce processus sur l'émission à haute énergie sont analysées. En outre, un processus de Fermi relativiste est proposé pour générer des RCUE. Ce dernier est étudié analytiquement et numériquement ainsi que ces conséquences. Une signature de la présence de RCUE dans les SG est mise en évidence.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Relativité générale et astrophysique: problèmes et exercices corrigés

La relativité générale a entraîné une mutation en physique. Il existe de bons ouvrages de cours mais des calculs mathématiques délicats sont souvent nécessaires pour s'approprier la physique sous-jacente. Le pari est ici de proposer un apprentissage par la pratique à la fois du raisonnement et du calcul. Sont ainsi proposées de nombreuses démonstrations, certaines classiques et d autres moins courantes. Le livre couvre les bases habituelles (géométrie différentielle, calcul tensoriel, espace-temps) avec des exemples de la métrique de Schwarzschild (les trous noirs), l'espace-temps de Kerr, les ondes gravitationnelles, les modèles de matière et les bases de l'électromagnétisme... On notera également quelques sujets plus avancés (dualité de Hodge, formalisme 3 +1...). Les solutions proposées sont très détaillées tant sur le plan des techniques de calcul que sur l'interprétation physique. Elles permettent ainsi d acquérir une réelle autonomie pour comprendre les concepts de base et être en mesure de résoudre les problèmes. Cet ouvrage est le complément indispensable des livres de cours existants