La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

17/06/2005Journées thématiques1 La recherche des ondes gravitationnelles avec Virgo Marie-Anne Bizouard – LAL Orsay Que veut-on faire avec Virgo? Virgo.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "17/06/2005Journées thématiques1 La recherche des ondes gravitationnelles avec Virgo Marie-Anne Bizouard – LAL Orsay Que veut-on faire avec Virgo? Virgo."— Transcription de la présentation:

1 17/06/2005Journées thématiques1 La recherche des ondes gravitationnelles avec Virgo Marie-Anne Bizouard – LAL Orsay Que veut-on faire avec Virgo? Virgo Ou en est Virgo? Quelles sont les améliorations possibles?

2 17/06/2005Journées thématiques2 La physique Les sources et les ordres de grandeur Ce quon peut espérer découvrir avec la première génération dinterféromètre Les techniques danalyse du signal

3 17/06/2005Journées thématiques3 Les sources dondes gravitationnelles Bursts (supernovae, désexcitation de trous noirs, ….) Systèmes binaires spiralants (étoiles a neutrons, trous noirs) Sources périodiques (pulsars) Fond stochastique Autres? Nouvelle physique

4 17/06/2005Journées thématiques4 Supernovae Effondrement gravitationnel du cœur dune étoile massive ayant épuisé son carburant Lémission dOG dépend de lasymétrie pendant leffondrement (SNII) Sources dasymétrie: Rotation rapide Présence dun compagnon Prédictions actuelles: –Effondrement -> étoile à neutrons –Effondrement -> SN avortée (étoile trop massive) -> Trou Noir + oscillation connue mal estatistiqu ~ 22 kHzf Mpc h

5 17/06/2005Journées thématiques5 Forme dondes émises lors dune SN II Simulation numérique (forme donde mal modélisée) Conséquence pour lanalyse: le filtrage de Wiener ne peut pas être utilisé méthodes robustes Autres caractéristiques: émission e.m. émission de neutrinos émission de GRB? - Coïncidence pour éliminer des fausses alarmes - Limite sur la masse des neutrinos

6 17/06/2005Journées thématiques6 Systèmes binaires Système de 2 astres compact en fin dévolution (NS-NS NS-BH BH-BH) moment quadripolaire variable émission OG émission OG perte énergie/moment cinétique les 2 astres se rapprochent … FUSION PSR : fusion dans 300 millions dannées Forme donde des 3 phases: –Coalescence: bien connue (aux ordres post-newtonien. ordre 3.5 PN récemment fini!) –Plongeon: pas très bien connue: simulations numériques? –Ringdown: bien connue Sinusoïde amortie Mais incertitude sur lamplitude

7 17/06/2005Journées thématiques7 Systèmes binaires: phase spirale Technique danalyse: filtrage de Wiener: -Corrélation des données avec un « patron » -Difficulté: entre 1000 jusquà plusieurs « patrons » h max ~ et f max ~ 1 kHz 2 étoiles à 10Mpc

8 17/06/2005Journées thématiques8 Estimations du nombre dévénements NS-NS: (Kalogera, Belczynski, Bulik) –0.001 – 1 / an jusquà 20 Mpc NS-BH: –0.001 – 1 / an jusquà 43 Mpc BH-BH: – / an jusquà 100 Mpc Gain substantiel pour la seconde génération de détecteur –Facteur 10 sur la sensibilité gain dun facteur 1000 sur le nombre dévénement

9 17/06/2005Journées thématiques9 Sources périodiques Sources: étoiles a neutrons en rotation rapide et non-axisymétrique (source dasymétrie: « montagne », stress magnétique) Amplitude: très faible! Intégration du signal sur plusieurs années: SNR~ - Recherche en aveugle sur tout le ciel - Recherche de pulsars connus

10 17/06/2005Journées thématiques10 Fond stochastique Superposition dOG émises depuis le big-bang: –Inflation, défauts topologiques, vibrations de cordes cosmiques, … –Superposition incohérente de sources « standards » Intérêt: Les OG se sont découplées de la matière plus tôt que la lumière Intensité décrite par une quantité (densité) sans dimension: Prédiction théorique: Virgo+LIGO au bout dun an: sensibilité

11 17/06/2005Journées thématiques11 Analyse en réseau Intérêts: –Obligatoire pour la recherche du bruit de fond stochastique –Éliminer des fausses alarmes (bursts, binaires) –Augmenter la probabilité de détection: analyse cohérente (burst, coalescence) Couverture du ciel: pas beaucoup de redondance … coincidence difficile!

12 17/06/2005Journées thématiques12 Patron bien adapté au signal Patron gaussien : w = 1 ms Signal gaussien : w = 1 ms Signal : SNR intrinsèque = ( h | h ) = 10 Sortie du filtre : = ( h | t ) = 10 Patron pas bien adapté au signal Patron gaussien : w = 1 ms Signal gaussien : w = 5 ms Signal : SNR intrinsèque = ( h | h ) = 10 Sortie du filtre : SNR = ( h | t ) = 7 Technique danalyse: exemple du filtrage de Wiener

13 17/06/2005Journées thématiques13 Bilan sur les sources dOG Amplitudes h très faibles Sources astrophysiques = astres compacts OG=perturbation de la métrique –Modification des distances Effet différentiel interférométrie

14 17/06/2005Journées thématiques14 Virgo … historique er détecteur: barres (Weber) 1963 idée détecteur ITF (Gersenshtein&Pustovoit, Weber) 1969 Fausse alarme (Weber) 1974 PSR (Hulse&Taylor) 1980 ITF: 1ers travaux en France 1986 naissance de la collaboration VIRGO (France+Italie) 1989 proposal VIRGO, proposal LIGO (USA) VIRGO approbation. LIGO approuvé 1996 début construction VIRGO et LIGO VIRGO CITF 1ères « données ». LIGO : science runs Commissioning final de VIRGO 2006 VIRGO sensibilité nominale.

15 17/06/2005Journées thématiques15 Principe de détection des OG

16 17/06/2005Journées thématiques16 Principe de la détection OG chemin optique modifié variation de la puissance Sensibilité en h : (bruit de photon) bruit+signal

17 17/06/2005Journées thématiques17 Amélioration du principe de base augmenter la longueur des bras : 1 m 3 km ajouter des cavités Fabry-Perot (Finesse = 50 Gain ~ 30) ajouter le miroir de recyclage (P = 1 kW sur la séparatrice) Sensibilité : Sensibilité : h ~ Photodiode Détection Laser Gain : ~ frange brillante Puissance LASER : P in = 20 W sensibilité (bruit de photon)

18 17/06/2005Journées thématiques18 Schéma optique de Virgo Laser Nd:YAG P=20 W Input Mode Cleaner Length = 144 m Recycling Output Mode Cleaner Length = 4 cm L=3km Finesse=50 L=3km Finesse=50 P=1kW

19 17/06/2005Journées thématiques19 Atténuation du bruit sismique filtrage indispensable ! Mesure sismique sur site Oscillateur harmonique : Fonction de transfert : Loin de la résonance : N oscillateurs en série : 5 oscillateurs (fréquence propre 0.6 Hz):

20 17/06/2005Journées thématiques20 Suspensions de Virgo Super-attenuator = pendule inverse à 7 étages Rôle passif: atténuation sismique attendu: 10 10Hz Rôle actif: contrôle : « top stage », marionette, masse de reference Thermal noise

21 17/06/2005Journées thématiques21 Bruit thermique Oscillateur harmonique a T excité par environnement bruit thermique (cf mvt brownien, théorème fluctuation-dissipation) Chaque mode de vibration caractérisé par : fréquence propre w 0 facteur de qualité Q Densité spectrale Si 0 :

22 17/06/2005Journées thématiques22 Bruit thermique (suite) = 2 x 1 kHz Q = 10 5

23 17/06/2005Journées thématiques23 «mur sismique» Bruit thermique Queue de la résonance À 0.6 Hz Bruit de photon Résonance miroirs Modes violon VIRGO : sensibilité prévue À condition de contrôler tous les autres bruits !!!

24 17/06/2005Journées thématiques24 Éléments optiques Laser Nd:YAG P=20 W Input Mode Cleaner Length = 144 m Recycling Output Mode Cleaner Length = 4 cm L=3km Finesse=50 L=3km Finesse=50 P=1kW

25 17/06/2005Journées thématiques25 Stabilisation en fréquence du LASER Cavité de référence (ULE) Sous vide Accrochée au banc dentrée

26 17/06/2005Journées thématiques26 Solution : Tubes acier ~1.2 m, e ~ 4 mm. 200 modules de 15 m dans chaque bras étuvage 400 C en usine puis 150 C (H 2 O) sur site pompage : 6 stations / bras Aujourd hui: P< mbar P(H2) = mbar P(hydrocarbon) ~ mbar Fluctuations dindice Fluctuations dindice fluctuations de phase (BRUIT !) Vide poussé indispensable Besoin : pression résiduelle < mbar Volume de vide dans VIRGO : 2x3kmx1.2m ~ 7000 m 3 !

27 17/06/2005Journées thématiques27 Installation des miroirs de Virgo Les miroirs de Virgo sont produits au SMA-Lyon –Il faut des pertes très faibles: < 2% (1kW sur la séparatrice): absorption du « coating » (< 1 ppm) et du substrat (<2 ppm/cm) diffusion < 5 ppm Aberrations (δz < λ/100) –Transmission : 10 < T < 50 –Miroir en silice: Ø = 35 cm Solution : miroirs en silice (SiO 2 ) (épaisseur 10 ou 20 cm) Futur: miroir en saphir (Al 2 O 3 ) ou fluorine (CaF 2 )

28 17/06/2005Journées thématiques28 Montage de la séparatrice

29 17/06/2005Journées thématiques29

30 17/06/2005Journées thématiques30 Installation de la séparatrice

31 17/06/2005Journées thématiques31 Séparatrice installée en juillet 2002

32 17/06/2005Journées thématiques32 La mise en route de Virgo Première étape: partie centrale (sep juin 2002) Input Mode Cleaner Length = 144 m Laser Nd:YAG P=10 W Recycling Output Mode Cleaner Length = 4 cm West mirror North mirror 6.4 m 5.6 m 6 m 5 engineering run de 3 jours

33 17/06/2005Journées thématiques33 La mise en route de Virgo Deuxième étape: Virgo complet: Sep 2003 Laser Nd:YAG P=20 W Input Mode Cleaner Length = 144 m Recycling Output Mode Cleaner Length = 4 cm L=3km Finesse=50 L=3km Finesse=50 P=1kW 1.Commissioning de chaque bras : fin Difficulté : retour de la lumière dans le MC : P = 5W 2.2 Locking des 2 bras: ITF « recombiné » : avril Locking de Virgo recyclé: oct 04 Depuis … difficultés pour augmenter la robustesse du lock en Configuration ITF « recyclé » … état bi-stable

34 17/06/2005Journées thématiques34 Contrôle de lITF : le locking Garder les cavités FP a leur position de résonance (maximiser la réponse en phase) Garder la cavité de recyclage à résonance (minimiser le bruit de photon) Garder le point de fonctionnement de lITF sur la frange noire (réduit la dépendance liées aux variations de puissance) Garder la longueur des bras constante a mieux de m !

35 17/06/2005Journées thématiques35 Alignement des miroirs Nécessaire pour: diminuer les variations de puissance diminuer le bruit non stationnaire Auto-alignement ON 1 hour

36 17/06/2005Journées thématiques36 Alignement linéaire

37 17/06/2005Journées thématiques37 Alignement linéaire

38 17/06/2005Journées thématiques38 Sensibilité actuelle 200 kpc for 1.4 NS -1.4 NS

39 17/06/2005Journées thématiques39 Les limitations actuelles Oscillator phase noise Electronic noise photodiode Factor 3-4

40 17/06/2005Journées thématiques40 Comparaison Virgo-LIGO Virgo mai 05 LIGO S2 avril 03

41 17/06/2005Journées thématiques41 Le futur proche Prise de données : 15 jours en août 2004 analyse de données Septembre 2004: shutdown pour remplacer le banc dinjection (avec un isolateur Faraday) Janvier 2005: Virgo « recyclé » et stable!?

42 17/06/2005Journées thématiques42 Lorganisation de Virgo 2001: création du consortium EGO –Gestion du site (infrastructures, vide, informatique, …) –Support à Virgo: participation au commissioning –45 staff Collaboration Virgo –les 11 laboratoires « historiques » (6 INFN, 3 IN2P3, Obs. Nice, ESPCI). –150 signataires (physiciens + ingénieurs) Conseil EGO + STAC (représentants français et italiens) –Évaluation de lavancement du projet tous les 6 mois

43 17/06/2005Journées thématiques43 Virgo EGO Scientifique Forum (VESF) Crée en novembre 2004 pour attirer vers Virgo la communauté des théoriciens relativistes, numériciens, astrophysiciens, et ceux qui sintéressent aux améliorations du détecteur –Lidée est de fédérer au niveau européen la communauté: rapprochement avec les groupes GEO (Angleterre et Allemagne) –GEO appartient à la LSC (LIGO Science Community) … –Le VESF nest pas un « VSC » (pas les mêmes droits ni les mêmes devoirs) Financement de 10 postdoc sur des projets danalyse de données

44 17/06/2005Journées thématiques44 Les améliorations possibles Améliorer la sensibilité dun facteur 10 Gagner un facteur 10 sur la distance de détection Gagner un facteur 1000 sur le volume de sources potentielles NS-NS distance de détection pour Virgo/LIGO: 14 Mpc (amas de la Vierge) Taux de binaires spiralantes: moins dun événement par an! Pas dastronomie des OG possible … Les détecteurs de « seconde génération » sont nécessaires – étude prospective déjà démarrée dans Virgo … mais pas encore de design complet pour un « advanced Virgo » –« white paper » en préparation

45 17/06/2005Journées thématiques45 Améliorations possibles

46 17/06/2005Journées thématiques46 planning 3 steps scenario: –Prise de données + Virgo upgrade : Virgo+ –Shutdown vers 2010: advanced Virgo –Détecteur de nouvelle génération Advanced LIGO: proposition NSF faite en février 2003

47 17/06/2005Journées thématiques47 Virgo + Idée: faire des « petits » upgrades pour limiter les périodes darrêt et commissioning tout en améliorent la sensibilité Quand?: –quand Virgo aura atteint sa sensibilité nominale –Après une prise de données de qqs mois/années ? Quoi?: –Suspensions monolithiques (fused silica) –Laser plus puissant (50 W ? + effet au niveau des optiques) –Mirror thermal compensation (déformation thermique des miroirs) –Upgrade du système de contrôle (électronique moins bruyante et mieux adaptée)

48 17/06/2005Journées thématiques48 Suspension monolithique Technologie déjà éprouvée par GEO Installation: plusieurs mois d arrêt

49 17/06/2005Journées thématiques49 Virgo versus Virgo+

50 17/06/2005Journées thématiques50 Advanced Virgo Le « design » doit être prêt pour 2007 Principales voies: –Laser puissant (>100 W) –Recyclage de signal –Réduction du bruit thermique des miroirs (masse plus grande, meilleur coating, faisceau plat, …) –Étude sur les matériaux

51 17/06/2005Journées thématiques51 Advanced Virgo, advanced LIGO

52 17/06/2005Journées thématiques52 Conclusions Analyse de données: les choses « sérieuses » commencent –Sensibilité nominale en 2006? –Analyse de données en reseau déjà démarrée (échange de données: en discussion) Programme daméliorations possibles déjà bien rempli pour les 4 prochaines années Advanced Virgo: en discussion, plusieurs scenarios, R&D faite au niveau mondial


Télécharger ppt "17/06/2005Journées thématiques1 La recherche des ondes gravitationnelles avec Virgo Marie-Anne Bizouard – LAL Orsay Que veut-on faire avec Virgo? Virgo."

Présentations similaires


Annonces Google