L’Expérience VIRGO Cavalier Fabien Séminaire à deux voix cavalier@lal.in2p3.fr LAL Orsay Séminaire à deux voix au Commissariat à l’Energie Atomique, 21 Juin 2005

Rappel Historique 1960 Premier détecteur(Weber) 1963 Idée d’un détecteur ITF(Gersenshtein&Pustovoit, Weber) 1969 Première fausse alarme (Weber) 197X Age d’or des détecteurs type Weber 1972 Faisabilité de l’ITF (Weiss) et premier prototype (Forward) 1974 PSR1913+16 (Hulse&Taylor) Fin 70s Barres à 4 K, prototypes ITF(Glasgow, Garching, Caltech) 1980 Premières activités in France 1986 Naissance de la collaboration VIRGO (France+Italie) 1989 proposal VIRGO, proposal LIGO (USA) 1992 VIRGO FCD Approbation Française. LIGO approuvé 1993 VIRGO approuvé en Italie 1996 Début Construction VIRGO et LIGO 2001-2002 VIRGO CITF. LIGO : engineering runs 2005 LIGO presque à sa sensibilité 200X VIRGO à sa sensibilité

La Détection Interférométrique Miroir de fond Expérience Table: hMin  10-17 Hz-1/2 Miroir Recyclage Miroir d’entrée Fabry-Perot 2 Fabry-Perot 1 Virgo : hMin  10-23 Hz-1/2 Laser Beam-Splitter Miroir de fond Photodiode

Les Laboratoires LAL Orsay : LAPP Annecy : Vide Banc d’entrée Contrôle Global Simulation LAPP Annecy : Banc de détection Électronique Tour Acquisition Observatoire de Nice : Laser IPN Lyon : Coating des miroirs ESPCI Paris : Métrologie des miroirs INFN Pise: Super-atténuateur Vide Infrastructure INFN Florence : Super-atténuateur INFN Naples : Acquisition Monitoring environnement INFN Pérouse : Fils de suspension INFN Frascati : Alignement Univ. Rome : Contrôles locaux Marionnette

L’enceinte à vide Fluctuations de pression : Tube: Lumière Diffusée : P < 10-7 mbar (H2) P < 10-14 pour les hydrocarbures Tube: 1,2 m de diamètre 6 km de long V  6000 m3 Lumière Diffusée : pièges à lumière déflecteurs

L’enceinte à vide

Le bruit sismique Mesure : Principe de l’isolation : h sismique ( n )  10-10 n-2 Hz-1/2 Principe de l’isolation : chaîne de pendules avec dissipation interne chaque pendule se comporte comme un filtre passe-bas : H( n ) = ( n0 / n )2 pour n > n0

Le Super-Atténuateur Les Performances mouvement des miroirs de l’ordre du micron vitesse de quelques microns par seconde

Le bruit thermique Chaque fil de suspension ou miroir se comporte comme un oscillateur excité par l’agitation thermique Caractérisé par w0 et Q facteur de qualité Mesures de Q : silice : 106 fils d’acier : 104 – 105 pendule : 107 Facteur limitant entre 3 et 500 Hz Miroir de 30 kg (bruit  quand M ) Recherche de nouveaux matériaux (saphir) Suspensions monolithiques

Les miroirs Réflectivités définies à mieux que 0,01 % Réflectivités miroirs d’extrémités > 0.9998 Pertes (absorption, diffusion) de l’ordre de quelques ppm Rayon de courbure élevé (3400 m) et défini à 3 % près Surface définie à l/40 sur 30 cm de diamètre Coating réalisé par le SMA à l’IPN de Lyon Métrologie faite à l’ESPCI Solution : miroirs en silice (SiO2)  = 35 cm et h = 10 ou 20 cm

La Sensibilité de Virgo Si tous les bruits technologiques sont contrôlés

Virgo et le CITF

Le CITF (Central area InTerFerometer) Partie Centrale (pas de bras kilométrique) Juin 2001 - Juillet 2002. Tests et validation : super atténuateurs électronique et software data acquisition output mode cleaner optique d’injection Résultat Principal: apprendre à contrôler un ITF suspendu avec des systèmes digitaux

CITF Engineering runs : résultats Bruit Alignement Bruit Fréquence

Le Commissioning de Virgo Début en Septembre 2003 après le passage à Virgo complet Stratégie: Bras Nord Lock acquisition Stabilisation de fréquence Auto Alignement Contrôle hiérarchique (top stage, marionnette, masse de référence) Bras Ouest (idem) ITF Recombiné (pas de miroir de recyclage) (idem) ITF complet (idem)

Bras Nord Locking au premier essai Premier lock ~ 1 heure bruit de fréquence et bruit d’alignement Puissance Transmise Réduction Bruit de fréquence

Interféromètre Recombiné B8_demod stratégie “3 étapes” Bras Ouest Bras Nord B7_demod B5 B2 B1

Interféromètre Recombiné Michelson locké North locké Ouest locké DC signal d’erreur Correction

Interféromètre Recyclé B2_3f_ACp B1p_DC B8_ACp 10 μrad B2_3f_ACp  PR (PRCL) B1p_DC  BS (MICH) B7_ACp  FP Nord B8_ACp  FP Ouest LASER B7_ACp Offset sur B1p_DC B2_3f_ACp B1p_DC B8_ACp 10 μrad B2_3f_ACp  PR (PRCL) B1p_DC  BS (MICH) B5_ACp  SSFS (CARM) B8_ACp  NE-WE (DARM) LASER B5_ACp Offset sur B1p_DC B2_3f_ACp B1p_DC B8_ACp B2_3f_ACp  PR (PRCL) B1p_DC  BS (MICH) B5_ACp  SSFS (CARM) B8_ACp  NE-WE (DARM) LASER B5_ACp Offset sur B1p_DC Désalignement Miroir Recyclage Lock ITF à 50 % de la frange noire avec le signal DC Démarrage Second Étage Stabilisation de Fréquence Alignement Miroir Recyclage Décroissance offset jusqu’à 8% Passage du DC au signal d’erreur

Interféromètre Recyclé Puissance Cavité Recyclage Puissance dans les bras Puissance Bandes Latérales

Les différentes sensibilités

Les autres ITF GEO VIRGO LIGO TAMA AIGO 3 ITF kilométriques: VIRGO (3 km) LIGO (2 antennes, 4 km + 1 antenne 2 km)  Coïncidences et reconstruction de la position des sources L’Astronomie Gravitationnelle a besoin de 3 ITFs

Sensibilités LIGO

Sensibilités LIGO: Dernières Nouvelles

Changement du banc d’injection automne 2005 Conclusions Beaucoup d’expérience acquise pendant le CITF Commissioning VIRGO complet depuis Septembre 2003 Après 2 ans: Cavités Nord et Ouest lockées, alignées et stabilisation de fréquence ITF Recombiné: idem Virgo complet: locké, alignement quasi-terminé et stabilisation de fréquence. Robustesse à améliorer Prise de données de 15 jours en juillet août avec Virgo complet ou Recombiné (selon la robustesse) Changement du banc d’injection automne 2005 Première prise de données scientifiques en 2006 Effort de R&D pour la prochaine génération en cours

Ondes Gravitationnelles: Une histoire sans fin The future of gravitational astronomy looks bright. 1972 That the quest ultimately will succeed seems almost assured. The only question is when, and with how much further effort. 1983 [I]nterferometers should detect the first waves in 2001 or several years thereafter (…) 1995 Kip S. Thorne Km-scale laser interferometers are now coming on-line, and it seems very likely that they will detect mergers of compact binaries within the next 7 years, and possibly much sooner. 2002