Christopher Allene – Soutenance de thèse – 11 sept. 2024

Depuis 2016 et l’annonce de la première détection d’une onde gravitationnelle (OG) par les collaborations Virgo et LIGO, de nombreuses autres détections provenant de coalescences d’objets compacts ont eu lieu. La plupart sont produites par des coalescences de trous noirs, deux viennent de coalescences d’étoiles à neutrons. La première, détectée en août 2017, a donné lieu à l’observation conjointe d’un sursaut gamma et de plusieurs observations dans le domaine électromagnétique, ce qui a permis d’identifier la nature du phénomène comme étant une kilonova. 

La troisième période d’observation des détecteurs LIGO-Virgo (« run » O3) s’est terminée en avril 2020. Cette période a été 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. 

L’astronomie multi-messagers est un aspect clé du programme scientifique des détecteurs avancés, qui devrait maximiser le rendement scientifique des événements ondes gravitationnelles. En particulier, dans le cas de coalescences de binaires compactes (CBC), l’association d’une détection d’onde gravitationnelle avec une contrepartie électromagnétique est un défi qui a déjà conduit à des avantages cruciaux : associer sans ambiguïté une CBC avec un sursaut de rayons gamma, fournir une localisation précise dans le ciel et un contexte astrophysique, fournir un redshift – ouvrant ainsi la possibilité d’utiliser les CBC comme des sirènes standards pour mesurer la constante de Hubble dans l’Univers local, ce qui a été fait avec un seul événement. 

Depuis mai 2020, les détecteurs LIGO et Virgo sont arrêtés pour y apporter des améliorations avant de démarrer une nouvelle période d’observation (« run » O4) avec une meilleure sensibilité mi-2022, conjointement avec le détecteur japonais KAGRA. Avec une meilleure sensibilité, le nombre de sources détectées va augmenter ainsi que le rapport signal-sur-bruit des signaux. 

Le groupe du LAPP contribue à un programme qui consiste à rechercher des événements ondes gravitationnelles en temps réel et à envoyer des alertes aux radiotélescopes, télescopes optiques, X et gamma pour les candidats les plus significatifs afin de rechercher d’éventuelles contreparties électromagnétiques. Des cartes du ciel sont simultanément produites indiquant la probabilité des directions de provenance de l’onde, ces cartes sont utilisées pour le pointage des instruments. Dans ce programme, une recherche de signaux CBC a été effectuée avec le pipeline MBTA, développé par le groupe LAPP en collaboration avec les groupes Virgo d’Urbino (Italie), Strasbourg et Lyon. 

Le but du travail de thèse proposé est la caractérisation et l’amélioration des perspectives de détection de contreparties électromagnétiques des événements de coalescences de binaires. Cette amélioration passe par une adaptation des cartes du ciel produites par MBTA aux spécificités du « run » O4. 

Ce travail s’ouvrira ensuite sur la possible implémentation – de déclenchements avancés, ou pré-déclenchements, permettant un gain sur la latence qui est la durée entre la fin de l’événement CBC et l’envoi d’une alerte par MBTA. – l’amélioration du programme dans divers aspects comme l’extension de l’espace des paramètres ou la réjection de certains bruits toujours en collaboration avec les groupes Virgo partie-prenantes du programme. Le groupe Virgo du LAPP est un acteur majeur dans la construction, la mise en oeuvre 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. Il s’implique également dans l’amélioration des programmes d’analyse stochastique.