Paul Laggabe – Soutenance de thèse – 22 sep. 2023

En août 2017, la première observation conjointe d’ondes gravitationnelles provenant d’une coalescences 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%. La troisième période d’observation des détecteurs LIGO-Virgo a démarré en avril 2019 et s’est terminé fin mars 2020. Cette période est marquée par des détections hebdomadaires de coalescences de trous noirs et par quelques candidats de coalescences incluant au moins une étoile à neutrons, susceptibles d’émettre un rayonnement électromagnétique. Ces détections génèrent des alertes en quelques minutes afin de déclencher des observations multi-messagers des sources. A partir de mi-2020, les détecteurs LIGO et Virgo seront arrêtés pour y apporter des améliorations avant de démarrer une nouvelle période d’observation avec une meilleure sensibilité début 2022, conjointement avec le détecteur japonais Kagra. Avec une meilleure sensibilité, le nombre de sources détectées va augmenter et ainsi que le rapport signal-sur-bruit des signaux. Afin de générer des alertes rapides et précises pour l’astronomie multi-messagers et d’extraire au mieux les paramètres physiques des sources, il est très important de réduire la latence et d’améliorer la précision de l’étalonnage ainsi que de l’analyse. 

Pour chaque prise de données, un important travail d’étalonnage du détecteur doit être effectué afin de reconstruire l’amplitude des ondes gravitationnelles à partir des différents signaux mesurés dans l’interféromètre. 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. De plus, il est important d’inter-étalonner les détecteurs LIGO, Virgo et Kagra afin d’estimer correctement les paramètres des sources détectées par le réseau mondial. Le programme de suivi électromagnétique des sources d’ondes gravitationnelles repose sur l’analyse en temps-réel des données de LIGO, Virgo (et prochainement Kagra) générant des alertes publiques. Son efficacité est cruciale pour observer les contreparties électromagnétiques faibles et transitoires, puis pour en extraire en particulier les paramètres cosmologiques, astrophysiques et de physique fondamentale. Le groupe Virgo du LAPP est un acteur majeur dans la construction, la mise en œuvre et l’étalonnage de Virgo, ainsi que dans l’analyse des données du réseau LIGO-Virgo. Il a coordonné les activités d’étalonnage depuis la construction de Virgo, et, depuis 2010, est fortement impliqué dans le programme de génération d’alertes en temps-réel lors de coalescences de systèmes binaires. Une thèse ayant pour objectifs principaux de réduire la latence et d’améliorer la précision de l’étalonnage des données LIGO-Virgo et de l’analyse temps-réel est proposée. 

Quelques voyages aux États-Unis sont à envisager, en particulier pour des activités d’inter-calibration entre LIGO et Virgo. Afin d’améliorer la précision de l’étalonnage, l’étudiant se concentrera principalement sur les améliorations matérielles et logicielles à apporter aux « calibrateurs optiques » pour AdV+ : ce sont des actionneurs des miroirs de l’interféromètre utilisant la pression de radiation d’un laser auxiliaire pour déplacer le miroir. La puissance du faisceau laser de ce dispositif doit être étalonnée précisément et avec la même référence que les autres détecteurs du réseau, impliquant une étroite collaboration entre les équipes calibration de Virgo, LIGO et Kagra. Afin de réduire la latence des alertes multi-messagers, l’étudiant pourra participer à réduire la latence de la reconstruction du signal d’onde gravitationnelle reconstruit à partir des données de Virgo, et surtout participer aux améliorations du logiciel « mbta » développé au LAPP en collaboration avec les équipes d’Urbino, Lyon et Strasbourg pour la détection des fusions de trous noirs et étoiles à neutrons avec les données des détecteurs Virgo, LIGO et Kagra.