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Frédérique MARION Journées de prospective IN2P3 / DAPNIA 12 octobre 2004 Ondes Gravitationnelles Prospective.

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1 Frédérique MARION Journées de prospective IN2P3 / DAPNIA 12 octobre 2004 Ondes Gravitationnelles Prospective

2 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA2 Plan Les enjeux de la détection des ondes gravitationnelles Les sources détecteurs terrestres / détecteurs spatiaux Limplication de lIN2P3 Lavancement de Virgo le commissioning lanalyse des données Le réseau mondial de détecteurs terrestres Les upgrades de Virgo Vers un nouvel interféromètre européen? LISA

3 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA3 Les enjeux Tester la description de la gravitation par la Relativité Générale Mise en évidence expérimentale directe de lexistence des OG Vérification de leurs propriétés : vitesse de propagation, polarisation Phénomènes extrêmes : champ fort, effets non linéaires, observation de trous noirs Un nouvel outil pour lastrophysique et la cosmologie dynamique dune supernova lois régissant les étoiles à neutrons formation dun trou noir sources « chandelles standard » visible à distance cosmologique par des interféromètres de deuxième génération Univers à lère de Planck? (détecteurs spatiaux)

4 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA4 Sources : détecteurs terrestres Sources continues Étoiles à neutrons en rotation »objets communs »amplitude difficile à prédire (limites sup.) »intégration du signal »souvent en système binaire Sources impulsives Supernovae »amplitude incertaine »Phénomène rare : / an dans la Galaxie Coalescences de systèmes binaires dobjets compacts »NS-NS, NS-BH, BH-BH »sources détectables hors de la Galaxie »taux dévénements? Sources inconnues »phénomènes violents, GRB? Détection non assurée pour les interféromètres de 1 ère génération

5 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA5 Coalescences binaires : taux dévénements Modèles dévolution stellaire Taux de coalescences NS-NS, NS-BH, BH-BH Prédictions « optimistes » »NS+NS : 3·10 -5 – 3·10 -4 / an dans la Galaxie »NS+BH et BH+BH : 10 à 100 fois moins – visibles à plus grande distance plus dévénements attendus – BH+BH (30 M ) : ~ / an Analyse statistique Uniquement NS-NS Prédictions « pessimistes » (limites inférieures) »1 – 30 ·10 -6 / an dans la Galaxie (ancienne valeur) Un nouveau système découvert »révision à la hausse du taux NS-NS »prédiction encore très incertaine R det (ini. LIGO) (yr -1 ) R det (adv. LIGO) (yr -1 )

6 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA6 Sources : détecteurs spatiaux Une autre gamme de fréquence [ ] Hz Dautres sources Étoiles binaires compactes Coalescences de trous noirs binaires massifs Fond primordial dOG? Une détection assurée Complémentarité avec les détecteurs terrestres

7 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA7 Limplication de lIN2P3 dans Virgo LAL Tube à vide et pompage Global Control & locking Analyse des données »bursts LAPP Enceintes à vide (« bas de tour ») Système de détection Acquisition des données Commissioning Analyse des données »Coalescences binaires »Pulsars en système binaire LMA (IPNL) Traitement de miroirs (« coatings »)

8 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA8 Virgo : CITF Étape décisive dans lavancement de Virgo septembre 2001 juillet 2002 nombreux points communs avec Virgo Évolution de la sensibilité avec la configuration E0/E1 : Michelson simple E2 : Michelson recyclé E3 : + alignement automatique E4 : + système dinjection final Des résultats probants Fiabilité des contrôles Courbe de sensibilité comprise

9 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA9 Virgo : commissioning (I) Démarrage à lété 2003 Contrôle du bras nord octobre 2003 Contrôle du bras ouest décembre 2003 Interféromètre recombiné mars 2004 Quatre runs techniques Caractérisation de la sensibilité courante du détecteur

10 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA10 Virgo : commissioning (II) Vers un interféromètre recyclé « étape 2 » maîtrisée « étape 3 » maîtrisée étape finale : travail en cours run C5 en mode recyclé en novembre ? Modification du banc dinjection problème de lumière retro-diffusée vers le mode-cleaner dentrée solution temporaire mise en œuvre nouveau design en cours Vers la sensibilité nominale premier run à sensibilité « raisonnable » en 2005

11 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA11 Virgo : analyse des données (I) Bursts forme donde mal connue méthodes danalyse robustes et variées Coalescences binaires forme donde bien connue filtrage adapté espace des paramètres grand méthodes de pavage méthodes danalyse efficaces analyse multi-bandes méthodes de veto extraction des paramètres de la source

12 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA12 Virgo : analyse des données (II) Pulsars Effet Doppler dû au mouvement du détecteur »espace des paramètres gigantesque pour recherche aveugle »recherche limitée par les moyens de calcul Cas particulier des pulsars en système binaire »méthode spécifique »accord Virgo-Nautilus pour tester la méthode sur les données de ce détecteur résonnant italien Fonds stochastiques Nécessite deux détecteurs Activité en développement (peu de manpower)

13 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA13 Virgo : mise en œuvre de lanalyse Calibration / Reconstruction Analyse des données des runs techniques investigations liées au commissioning préparation de la recherche dévénements / procédures de veto Mock Data Challenges (MDC) données simulées (bruits et événements) »bursts et coalescences binaires mise au point et test du pipeline danalyse 6 MDC entre mars 2003 et juin 2004 Injections dévénements « software » et « hardware » run C4 Moyens de calcul analyse online : Cascina analyse offline et simulation : centres nationaux (Lyon et Bologne)

14 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA14 Réseau mondial : avancement de LIGO Trois interféromètres opérationnels Commissioning entamé en 1999 Lente progression vers la sensibilité nominale Premières prises de données scientifiques S1, août - septembre 2002 »premières limites supérieures S2, mars - avril 2003 S3, novembre janvier 2004 »un facteur 2-3 de la sensibilité nominale ! Run de 6 mois en 2005 S1 S2 S3

15 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA15 Réseau mondial : vers un observatoire Analyses combinées nécessaires pour extraire toutes les informations possibles sur la source Multiples accords bilatéraux établis ou en cours LIGO – GEO : GEO LSC (LIGO Scientific Collaboration) LIGO – TAMA : MOU Virgo – barres italiennes : MOU ou discussions en cours Virgo – GEO : discussions dans le cadre du réseau européen ILIAS … Virgo – LIGO MOU en cours de négociation Accord sur deux projets »Projet 1 (en cours) : de type MDC – Réunion détape au MIT à la fin de la semaine »Projet 2 : injections software & hardware dans de vraies données

16 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA16 Advanced LIGO Virgo : upgrades Perspectives de détection limitées pour les interféromètres de 1 ère génération Nécessité dune amélioration majeure de la sensibilité à lhorizon Advanced Ligo : installation en observations en 2009 Divers R&D en cours dans ou autour de Virgo R&D récents en général Définition dun plan dupgrades Graduels Obtenir au moins un facteur 10 sur toute la bande de fréquence en 2009 Discussion entamée dans la collaboration « working group » nommé, doit aboutir dici ~ 6 mois

17 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA17 Upgrades : bruit sismique Super-atténuateurs de Virgo répondent déjà aux critères dun interféromètre de deuxième génération Adaptations techniques aux modifications du dernier étage

18 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA18 Upgrades : bruit thermique pendulaire Dernier étage moins dissipatif : suspension monolithique (silice) R&D ancien dans Virgo Faisabilité démontrée dans GEO Problèmes corollaires actionneurs électrostatiques upgrade du système de contrôle

19 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA19 Upgrades : bruit thermique du miroir Déterminant pour un détecteur avancé Plusieurs phénomènes en cause Substrat choisir le bon matériau optimiser la géométrie modifier le profil des faisceaux Coatings R&D en cours

20 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA20 Upgrades : bruit de photons Deux types de solutions Laser de forte puissance Faisabilité démontrée par R&D GEO R&D nécessaire sur effets thermiques Recyclage du signal Pas deffets thermiques Complexité du schéma de contrôle

21 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA21 Au delà de « Advanced Virgo » Quoi Un nouvel interféromètre Qui Lensemble de la communauté européenne Virgo + GEO + … Quand Horizon Comment Un deuxième interféromètre dans le tube de Virgo? Souterrain ? Cryogénique ? Dépassement des limites quantiques ? Avec quels moyens Proposition de « design study » en mars 2004, dans le cadre de lappel doffre européen FP6 proposition rejetée ??

22 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA22 LISA Orbite héliocentrique Trois satellites distants de km Projet piloté conjointement par lESA et la NASA Contrat avec Astrium pour les satellites Lancement prévu en 2013 Déjà des réflexions pour étendre la sensibilité de LISA à plus basse fréquence! et une proposition pour un autre interféromètre spatial complétant la couverture du spectre entre LISA et les détecteurs terrestres

23 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA23 LISA Pathfinder Mission de démonstration technologique Capteurs inertiels (accéléromètres) Compensation de traînée Système optique Approuvé en novembre 2003 Lancement prévu en novembre 2007

24 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA24 LISA France Lettre dintention en mai 2004 Groupes français théoriques et expérimentaux IN2P3 : APC, LAPP + LPSC depuis Artemis (observatoire Côte dAzur) IAP LUTH & SYRTE (observatoire Paris-Meudon) LISA Pathfinder Modulateur acousto-optique (APC) LISA Analyse de données Développements théoriques (sources)

25 12 octobre 2004Journées de prospective IN2P3/DAPNIA25 Conclusions Détecteurs de 1 ère génération LIGO à un facteur 2 – 3 de sa sensibilité nominale Virgo encore en phase de commissioning, progrès rapides »Premier run scientifique en 2005 »Préparation intensive de lanalyse des données »Opportunité dengagement pour de nouveaux groupes Perspectives de détection limitées Détecteurs de 2 ème génération Advanced LIGO en 2009 Plan dupgrades en cours de définition pour Virgo Un second interféromètre européen en 2015? Perspectives de détection à distance cosmologique Interféromètres spatiaux LISA Pathfinder en 2007 LISA en 2013 LISA France en développement


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