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VIRGO Vers des observatoires dondes gravitationnelles Groupe du LAL: M-A Bizouard, V Brisson, F Cavalier, A-C Clapson, M Davier, P Hello, S Kreckelberg,

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1 VIRGO Vers des observatoires dondes gravitationnelles Groupe du LAL: M-A Bizouard, V Brisson, F Cavalier, A-C Clapson, M Davier, P Hello, S Kreckelberg, N Leroy, M Varvella-Arnaud

2 Prédites par la Relativité Générale dEinstein. Perturbations de lespace-temps voyageant à la vitesse de la lumière. Provoquées par des déplacements de masse. Interaction très faible avec la matière. L L + L La déformation relative L/L est égale à leur amplitude h Temps Prédictions: h pour une source astrophysique à 10 Mpc. Physique: ondes gravitationnelles

3 Lexistence des ondes gravitationnelles a été prouvée: Mesure de la perte dénergie par émission dondes gravitationnelles. Pulsar binaire : Système binaire détoiles à neutrons Précession des orbites Diminution de la période orbitale Mesures en accord avec la prédiction de la Relativité Générale Taylor & Hulse, Prix Nobel 1993 Physique: ondes gravitationnelles Diminution de période orbitale Erreur < 3% 0

4 Laser Détecteur Réglage de linterféromètre sur une frange noire: pas de lumière au détecteur. Une onde gravitationnelle change la longueur des chemins… Le détecteur reçoit une quantité de lumière proportionnelle à lamplitude h. Mesure de h: variation dune distance au cours du temps. Instrument de choix: interféromètre (expérience de Michelson et Morley) Principe: deux chemins optiques réglés pour linterférence de londe, une faible variation relative des longueurs modifie linterférence. Détection: principe

5 Laser Miroir de fond M 22 Miroir de fond M 12 Lame Séparatrice M bs Expérience de table : h Min Hz -1/2 Photo-détecteur Miroir de Recyclage M rc Miroir dentrée M 11 Miroir dentrée M 21 Fabry-Perot 2 Fabry-Perot 1 Virgo : h Min Hz -1/2 Détection: principe Facteur limitant: bruit de photon.

6 Détection: que mesure-t-on? Ordre de grandeur de h: mieux que soit la taille dun atome pour 150 Mkm. Inaccessible en précision, mais pas en sensibilité. Autocorrélation du processus x(t) : Densité spectrale de puissance : S x ( f ) = TF de A x (t) Si x(t) est un bruit, sa DSP donne la contribution de chaque fréquence au bruit total. Précision : La sensibilité de la mesure pour un signal donné détermine le rapport signal sur bruit : h : mesure t : signal recherché

7 Sisoler des variations de longueurs parasites (vibrations du sol) Mettre tout linterféromètre sous vide poussé (fluctuations dindice) Avoir un laser de fréquence et puissance stable (jours) Miroirs semi-transparents sans défauts (surface et masse) Maintenir (activement) linterféromètre au « point de fonctionnement »: position relative des miroirs contrôlée à mètre (statistique). Détection: difficultés de mise en oeuvre

8 LAL Orsay LAPP Annecy Observatoire de Nice IPN Lyon ESPCI Paris INFN Pise INFN Florence INFN Naples INFN Pérouse INFN Frascati Univ. Rome Collaboration franco-italienne lancée en Jusquà 50 physiciens et 150 ingénieurs. Instrument installé près de Pise. Interféromètre de 3 km ( 7000 m3 sous vide) Construction terminée fin VIRGO

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10 VIRGO : suspension des miroirs Performances des suspensions: mouvement des miroirs de lordre du micron vitesse de quelques microns par seconde Contrepartie: Bruit thermique Chaque fil de suspension (ou miroir) est un oscillateur excité par lagitation thermique. Caractérisation: 0 et Q facteur de qualité Mesures de Q : silice : 10 6 fils dacier : 10 4 – 10 5 pendule : 10 7 Facteur limitant entre 3 et 500 Hz Miroir de 30 kg (bruit quand M ) Recherche: Nouveaux matériaux (saphir) Suspensions monolithiques

11 Bruit de photon VIRGO: courbe de sensibilité Bruit sismique Bruit thermique Résonances

12 VIRGO: courbe de sensibilité

13 VIRGO: Etat des lieux VIRGO fonctionne (presque) –Configuration optique contrôlée (11 / 2004). –Robustesse des contrôles à améliorer. –Bruits instrumentaux à réduire. R&D –Cryogénie. –Nouveaux matériaux. –Configurations optiques (recyclage du signal, tout réflectif) Analyse –Méthodes testées en bruit stationnaire. –Transition vers les données réelles en cours. –Nouvelles méthodes. –Préparation de lanalyse en réseau.

14 Physique: signaux attendus Coalescence binaire Plus les objets compacts isolés, dont les trous noirs… Distance de détection SN Fréquence doccurrence SN

15 Détection: efforts (inter)nationaux Spécificité des instruments: Diagrammes dantenne. Orientation. Sources de bruit locales. Couverture du ciel: Analyse cohérente. Détection non confirmée difficile à exploiter. Possibilités de corrélation: Observatoires astronomiques? Détecteurs de particules? Autres détecteurs dondes gravitationnelles.

16 Conclusion Plusieurs instruments en fonctionnement. Pas encore de détection. Virgo bientôt opérationnel. Champ de détection Galaxie-Amas de la Vierge. Ondes gravitationnelles attendues de plusieurs types dobjets astrophysiques. Limitations: distance et taux des événements.


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