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Accueil du site > Formation > Thèses - Stages de M2

Vers un étalonnage de précision du détecteur d’ondes gravitationnelles AdvancedVirgo+ pour les périodes d’observation O4 et O5.

Cette thèse peut être précédée par un stage de M2 au printemps 2022 pendant lequel l’étudiant pourra participer à l’étalonnage du détecteur Virgo avec le calibrateur optique existant pour la prise de données O4 et/ou commencer à tester et caractériser en laboratoire des dispositifs en vue d’améliorer les calibrateurs optiques pour les prises de données O4 et O5.

Un financement est disponible pour cette thèse.

Résumé du travail demandé :

Le détecteur d’ondes gravitationnelles Virgo, installé à Pise, fonctionne sur le principe d’un interféromètre laser avec des bras de 3 km de long. En août 2017, la première observation conjointe d’ondes gravitationnelles, par les détecteurs LIGO (Etats-Unis) et Virgo (Italie), provenant d’une coalescence d’étoiles à neutrons et d’un sursaut gamma, suivie par celle d’un signal optique, a ouvert un tout nouveau chapitre de l’astronomie multi-messagers. Outre la confirmation de la nature des sursauts gamma courts, de nouveaux types de mesures ont pu être réalisés, allant de tests de la relativité générale à une nouvelle mesure indépendante de la constante de Hubble, avec une précision de l’ordre de 15%. Après avoir amélioré les détecteurs, une autre période d’observation conjointe en 2019/2020 a porté à environ 70 le nombre de coalescences de systèmes binaires compacts détectés (majoritairement des trous noirs). La prochaine prise de données, appelée O4, va commencer à l’automne 2022 et devrait permettre de multiplier par 3 ce nombre d’événements détectés. Cette progression exponentielle devrait se poursuivre lors des prochaines prises de données. Avec les détections de plus en plus nombreuses à venir, la précision de l’étalonnage du détecteur et la précision de la reconstruction du signal d’onde gravitationnelle devront être de mieux en mieux maîtrisées. En 2019/2020, le signal d’onde gravitationnelle de Virgo a été reconstruit en-ligne avec une incertitude de l’ordre de 5 %. Avec l’amélioration de la sensibilité des détecteurs, le nombre de sources détectées va augmenter, et certaines sources seront observées avec un rapport signal sur bruit de quelques dizaines. Il faut donc réduire les incertitudes de la calibration et de la reconstruction du signal d’onde gravitationnelle au niveau du pourcent afin de ne pas limiter les études de physique fondamentale, astrophysiques et cosmologiques. Afin de reconstruire correctement les paramètres astrophysiques (direction, distance, masses, spins, ...) des sources d’ondes gravitationnelles détectées, il est important de bien comprendre la façon dont ces incertitudes sur le signal reconstruit influent sur la précision des paramètres estimés, notamment pour les événements détectés en ligne.

L’équipe Virgo du LAPP développe une technique d’étalonnage, le calibrateur optique, basée sur la pression de radiation d’un laser auxiliaire pour déplacer d’une quantité connue un miroir suspendu. Cette technique est actuellement la méthode de référence pour étalonner les détecteurs LIGO et Virgo, et une procédure d’inter-étalonnage des différents détecteurs du réseau est en cours de mise en place. Un des objectifs de la thèse proposée est d’améliorer la précision de cette technique en deçà du pourcent, d’étendre sa bande de fréquence utile à haute fréquence, ainsi que de participer activement à l’inter-étalonnage des différents détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA (Japon). Il sera aussi très utile d’inter-étalonner le calibrateur optique avec un calibrateur newtonien, nouvelle technique d’étalonnage développée par l’équipe de Strasbourg se basant un champ gravitationnel variable. Un autre aspect de ce travail de thèse consisterait à réduire le temps nécessaire pour fournir le signal d’onde gravitationnelle h(t) aux analyses en ligne, sans trop perdre de précision, afin de permettre des pre-alertes sur les détections de coalescences de binaires d’étoiles à neutrons. Un financement est disponible pour cette thèse.

Indication d’un stage de M2

Cette thèse peut être précédée par un stage de M2 au printemps 2022 pendant lequel l’étudiant pourra participer à l’étalonnage du détecteur Virgo avec le calibrateur optique existant pour la prise de données O4 et/ou commencer à tester et caractériser en laboratoire des dispositifs en vue d’améliorer les calibrateurs optiques pour les prises de données O4 et O5.

o Niveau : Master 2

o Responsable : Loïc Rolland

o Téléphone : 04 50 55 18

o e-mail : loic.rolland@lapp.in2p3.fr

Sujet détaillé :