Détection de sursauts gamma ultra-longs et traitement d'images embarqué pour le télescope spatial SVOM/ECLAIRs

Abstract : Gamma-ray bursts (GRBs) are brief extragalactic phenomena, among the most energetic in the Universe, resulting from the formation of a stellar-mass black hole. They are characterised by a prompt emission of X and gamma-ray photons, which can last from a fraction of a second to a few minutes, followed by an afterglow in other wavelengths. The French-Chinese SVOM mission, expected to begin operations after 2021, aims to detect their prompt emission and to observe their afterglow from space but also from the ground. The ECLAIRs coded mask telescope onboard the SVOM satellite will scan the sky in search of the prompt emission of GRBs in the hard X-ray and soft gamma-ray band, but also observe other known sources emitting in this energy range, such as X-ray binaries hosting a black hole or a neutron star and a companion star. The ECLAIRs telescope is also sensitive to the Cosmic X-ray Background (CXB). During my thesis, I studied the influence of the CXB and the known X-ray sources on the onboard imaging capabilities of ECLAIRs. The CXB and known sources downgrade the quality of the images produced by the onboard software, and thus reduce the detection capabilities of GRBs. In order to enhance the detection of unknown sources, I studied two methods to correct the detector plane image prior to sky image reconstruction: a predefined model fitting method and a wavelet based method. Known bright sources that may disturb the detection of GRBs will be corrected by one of those methods, while the fainter ones will be excluded from the search region for new sources in the reconstructed sky. In the latter case, it will be possible to detect X-ray flares with the onboard software. The processing strategy for known sources and the management of flare detection are based on a catalogue which will be part of the ECLAIRs onboard software and which I have built from data collected by the Swift/BAT and MAXI/GSC instruments. In addition, I also studied ultra-long duration GRBs, whose X-ray emission can reach more than 1000 seconds. The detection of these bursts could benefit from long exposure imaging of ECLAIRs up to 20 minutes. I have simulated the few events detected so far by Swift/BAT with a prototype of the ECLAIRs triggering software and shown that ECLAIRs could detect at least as many ultra-long bursts as Swift.Les sursauts gamma sont des phénomènes extragalactiques brefs, comptant parmi les plus énergétiques de l’Univers et résultant de la formation d’un trou noir stellaire. Ils sont caractérisés par une émission prompte de photons X et gamma, pouvant durer d’une fraction de seconde à quelques minutes, suivis d’une rémanence dans d’autres longueurs d’onde. La mission franco-chinoise SVOM qui est prévue d’entrer en opération après 2021 a pour objectif de détecter leur émission prompte et d’observer leur émission rémanente depuis l’espace et le sol. Le télescope à masque codé ECLAIRs embarqué à bord du satellite SVOM aura la charge de scruter le ciel à la recherche de l’émission prompte des sursauts gamma dans le domaine des rayons X durs et gamma mous, mais aussi d’observer d’autres sources connues rayonnant dans cette gamme d’énergie comme des binaires de rayons X hébergeant un trou noir ou une étoile à neutrons et une étoile compagnon. ECLAIRs est également sensible au bruit de fond cosmique de rayons X (CXB). Pendant ma thèse, j’ai étudié l’influence du CXB et des sources de rayons X connues sur les capacités de l’imagerie embarquée du télescope ECLAIRs. Le CXB et les sources connues dégradent la qualité des images produites par le logiciel embarqué, et donc réduisent les capacités de détection des sursauts gamma. Afin d’optimiser la détection de sources inconnues, j’ai étudié deux méthodes de traitement d’image détecteur avant reconstruction des images du ciel : une méthode d’ajustement d’un modèle prédéfini et une méthode à base d’ondelettes. Les sources brillantes connues risquant de perturber la détection des sursauts gamma seront corrigées par l’une de ces méthodes tandis que les moins brillantes seront exclues de la zone du ciel pour la recherche de nouvelles sources. Dans ce dernier cas, il sera possible de détecter avec le logiciel embarqué des éruptions de sources de rayons X connues. La stratégie de traitement des sources connues ainsi que la gestion de la détection d’éruptions reposent sur un catalogue qui fera partie du logiciel embarqué d’ECLAIRs et que j’ai construit à partir des données collectées par les instruments Swift/BAT et MAXI/GSC. De plus, je me suis aussi penché sur les sursauts gamma d’ultra-longue durée, dont l’émission en rayons X peut atteindre plus de 1000 secondes. La détection de ces sursauts pourrait bénéficier de l’imagerie à longue exposition d’ECLAIRs atteignant 20 minutes. J’ai simulé les quelques événements détectés à ce jour par l’instrument Swift/BAT avec un prototype du logiciel de déclenchement d’ECLAIRs et montré que ECLAIRs pourrait détecter au moins autant de sursauts ultra-longs que Swift