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Phase 0 eLISA/NGO DPC Conclusion, CNES, 23 janvier 2014 Pierre Binétruy, APC, Paris La mission eLISA/NGO.

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1 Phase 0 eLISA/NGO DPC Conclusion, CNES, 23 janvier 2014 Pierre Binétruy, APC, Paris La mission eLISA/NGO

2 onde gravitationnelle: propagation dune déformation de lespace-temps, due au déplacement rapide de matière (comme dans des explosions) Couplent très faiblement à la matière donc difficiles à détecter mais non perturbées par la matière rencontrée Se propagent à la vitesse c de la lumière

3 Amplitude des ondes gravitationnelles: h = L Variation de longueur due à londe gravitationelle Longueur totale Exemples: explosion de supernova dans lamas de Virgo (15Mpc): h= à système binaire de deux trous noirs (M=1,4M ) à 10 Mpc: h= à L L L

4 Comment mesurer des variations relatives de distance de lordre de à ? Utiliser linterférometrie Albert Michelson comptant des franges dinterférence Michelson-Morley (1887) Sensibilité ΔL = m

5 Fréquence f de londe gravitationnelle ~ M/R 3 Etoiles à neutrons (M ~ 1,4M ) : f ~ 100 Hz taille ~ 3000 km Trous noirs supermassifs (M ~ 10 6 M ) : f ~ à Hz taille ~ 30 million km (loi de Kepler pour les systèmes binaires) Interferomètres terrestres eLIS A Quelle taille pour les détecteurs? Taille ~ longueur donde de londe gravitationnelle ~ c/f

6 Le spectre de fréquence des ondes gravitationnelles 1 Mkm

7 Principe de détection des ondes gravitationnelles dans lespace (LISA) géodésique Mesure interférométrique des variations relatives de distance dues au passage dondes gravitationnelles 5 Mkm Identifier des variations relatives de distance entre les deux masses

8 géodésique 5 Mkm satellite protège la masse test Principe de détection des ondes gravitationnelles dans lespace (LISA) Identifier des variations relatives de distance entre les deux masses Note: concept remonte aux années 1990; récente étude de la NASA selon laquelle ceci reste le seul concept réaliste dans un futur envisageable (deux prochaines décennies)

9 géodésique 5 Mkm 30 cm LISAPathfinder Principe de détection des ondes gravitationnelles dans lespace (LISA)

10 Mission technologique LISAPathfinder: lancement mi-2015

11 Interféromètre de Michelson Mission (européenne) eLISA/NGO Coût estimé par ESA: CaC ~ 1.2 B

12 Satellite (mère ou fille) Peut accommoder tous types de micropropulseurs (gaz froids, FEEPs, MiniRITs): mèrefille

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14 La science deLISA

15 Les sources binaires ultra-compactes (identiques au pulsar de Hulse-Taylor) Incluent les «binaires de vérification» cad des sources garanties dondes gravitationnelles Binaires de vérification autres binaires

16 Trous noirs supermassifs On a constaté lexistence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies Notre propre Voie Lactée: Sagittarius A* a 3 million M infrared infrarouge radio

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18 Exemples de collisions de galaxies observés à différents temps :

19 A. Petiteau

20 Test de la gravité en régime fort PlongeonFusionRingdown RG: approximation postNewtonienne RG: relativité numerique Théorie de perturbation L GW = L

21 21 Redshift Z Mass [log M/M ] eLISA SNR Astronomie des trous noirs supermassifs dans les années 2020 SKA, Pulsar Timing Futurs Obs.EM LSST, JWST, EELT, Rayons X Futurs Obs.EM LSST, JWST, EELT, Rayons X ET (proposed) aLIGO, aVIRGO, KAGRA aLIGO, aVIRGO, KAGRA Distance (en décalage spectral)

22 EMRI (Extreme Mass Ratio Inspiral) Ondes gravitationnelles produites par des objets massifs (étoiles ou trous noirs de masse 10 to 100 M ) tombant dans lhorizon dun trou noir supermassif. Permet didentifier de façon unique la géométrie de lespace-temps proche du trou noir

23 Les trous noirs sont des singularités (densité infinie) protégées par un horizon Trou noir Horizon matière lumière

24 Lobjet « léger » cycle quelques 10 5 fois autour du trou noir avant plonger dans lhorizon du trou noir supermassif Permet darpenter lespace-temps proche du trou noir.

25 Fonds cosmologiques eLISA recherchera les phénomènes violents (tels que transitions de phase) qui se passent pen- dant les époques très primordiales de lUnivers, quand lénergie en jeu était de 0.1 to 1000 TeV. BIG BANG Complémentaire au LHC

26 Analyse des données Défi: signaux en provenance de tout lUnivers avec un grand rapport signal/bruit Comment les séparer? ( interférometres terrestres)

27 progrès important ces dernières années dans les méthodes danalyse grâce au Mock LISA Data Challenge 4 trous noirs supermassifs 5 EMRI 26.1 million binaires galactiques bruit instrumental

28 ? SE lead Data Centre Le consortium eLISA

29 Website eLISA https://www.elisascience.org/

30 Traitement des données: la vue de lESA en 2012 consortium

31 « Cosmic Vision » L2 L3 BEPI COLOMBO JUICE M7 M4 M6 M3 M5 Solar Orbiter EUCLID S1,… M d Op S1,… M d Op L1 M1 M2 JWST C:2014,L:2026 L:2024 L:2020 L:2022 C:2018,L:2030 C:2020,L:2032C:2022,L:2035 C:2014,L:2028C:2020,L:2034 Statut de la mission eLISA M: 0.5 B, L: 1.5 B

32 ESA a réuni un Senior Survey Committee* pour identifier les thèmes scientifiques des missions L2 et L3 L2 lancement estimé en 2028 L3 lancement estimé en 2034 Le mandat était didentifier un thème pour L2 et un thème pour L3 * Catherine Cesarsky (présidente) W. Benz (CH, président SSAC), S. Bertolucci (I, CERN), G. Bignami (I, INAF), T. Encrenaz (F, Observatoire), R. Genzel (G, MPE), J. Spyromillo (ESO), J. Zarnecki (UK, Londres) Appel à thèmes scientifiques de L2/L3 32 « white papers » reçus

33 White paper : soutenu par plus de 1200 scientifiques

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35 Document de lESA HQ au SPC (28-29 novembre)

36 L3

37 Réunion du consortium board (8 janvier 2014) Discussion dun plan daction pour les prochaines années Revue de la situation internationale (en présence de nos collègues US) Discussion sur la phase 0 DPC: intérêt marqué pour la mise en place précoce dune « reference platform » en liaison avec les MLDC et les données des interféromètres au sol.

38 Roadmap for eLISA eLISA Science Theme selected as L3 in 2013 Technology Roadmap work 2013 – 2015 Possibly continued Mission Concept Study 2014 – 2015 Successful LISA Pathfinder flight in 2015 – Assessment of technology status – Possibly additional work, e.g. breadboarding of Payload+ (1 to 4) years Selection of Mission Concept in (1 to 4) Possibly Start EQM of complete Payload (2 to 5) Start of Industrial Definition Study (2 to 5) Start of Industrial Implementation (6 to 9) Launch in (15 to 18) 38

39 ESA Mise en place dans les mois qui viennent dune Science Team dune dizaine de membres (incluant probablement une participation US) qui, en particulier, passera en revue les technologies envisageables pour la mission L3 et les développements techniques nécessaires.

40 Conclusions La confirmation du thème « LUnivers gravitationnel » est aussi une confirmation de la mission eLISA (seul concept réalisable dans un avenir raisonnable). Prochaines étapes clefs: lancement de LISAPathfinder en 2015, qui déterminera la suite du calendrier découverte des ondes gravitationnelles par les détecteurs terrestres probablement avant 2020 Une très large communauté derrière la mission eLISA qui ouvrira une toute nouvelle fenêtre sur lUnivers. La France a une position stratégique avec le centre de traitement des données et lintégration. Elle doit garder une longueur davance dans ces domaines pour préserver cette position.

41 LISA-France, lAPC et le Centre François Arago

42 Les laboratoires de LISA-France: APC, Paris ARTEMIS, Observatoire de la Cote dAzur Institut de Physique Théorique, CEA, Saclay IAP, Paris LAPP, Annecy-le-Vieux LPCEE, Orléans LUTh, Observatoire de Paris

43 Total: 136 (81 permanents + 30 Ph.D postdocs) ingénieurs, techniciens et personnel administratif Total: 62 (44 permanents + 18 non permanents) APC en quelques chiffres: Quatre tutelles:

44 HESS CTA HESS CTA LAGUNA LISA LISApathfinder LISA LISApathfinder Euclid BOSS LSST Planck Antares Km3Net Antares Km3Net Les grands projets de lIN2P3Le spatial R&D millim. QUBIC Préparant le futur Virgo DarkSide TARANIS Télescope Compton SVOM JEM-EUSO/ballon INTEGRAL X-Shooter Double Chooz Double Chooz Borexino Programme scientifique de lAPC

45 François Arago Centre (FACe) Centre de traitement des données multi-missions IN2P3/action structurante Paris Diderot

46 ORGANIGRAMME FRANCOIS ARAGO CENTRE DIRECTEUR PIERRE BINÉTRUY RESPONSABLE TECHNIQUE M. DETOURNAY IR – CNRS ADJOINT RESPONSABLE TECHNIQUE S. DONG IE – P7 RESPONSABLE SCIENTIFIQUE V. BECKMANN IR1 -CNRS LISA PATHFINDER E. PLAGNOL DR-CNRS INTEGRAL F. LEBRUN ICEA EUCLID / LSST E. AUBOURG ICEA PLANCK Y. GIRAUD HERAUD DR-CNRS ASR Serveurs postes de travail S. DONG IE – P7 LISA E. PORTER CR- CNRS SECRETARIAT A.GUET T – P7 ALGORITHMIE Admin.Cluster M. LE JEUNE IR - CNRS SUPPORT Logiciels N……… AI L.FERRAIOLI. CDD – IR - CNES N……. CDD - CNES K. KRETSCHMER CDD – CNES V. Savchenkow. CDD - CNES A. PETITEAU MC UP7 V.BECKMANN CDD DR CNRS G. Pfeiffer CDD - CNES M. LE JEUNE IR CNRS CLOUD C. CAVET CDD IR - LABEX Grille J.M. Colley IR-CNRS F. DODU IGR P7 N IR – /09/12 ASR Clusters S.Dong IE-P7 M.Detournay IR-CNRS DATA access/web P.YU IE - CNRS GESTION L.DAVILA TCN - CNRS SUPPORT multimedia N……. IE S. ZAPPINO AI- CDD CNRS MULTIMEDIA Web Conférence(Cosmovia) M.Khlopov CDD CR CNRS Concurrent Design Facilities H.Halloin Enseignant Chercheur -Paris 7

47 traitement des données INTEGRAL centre de données externes pour LISAPathfinder ( ) centre de données pour mission eLISA plate-forme de développement de codes pour toute la collaboration Euclid rôle en discussion pour LSST traitement des données hors sursaut pour SVOM (en discussion) centre de mission pour le sismomètre SEIS dINSIGHT (en discussion) connection privilégiée au Centre de Calcul de lIN2P3


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