Recherche de signaux impulsionnels sur le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo : analyse temps-fréquence : suppression de lignes spectrales

par André-Claude Clapson

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Astrophysique

Sous la direction de Patrice Hello.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Objet compact
• Supernova
• Analyse du signal
• Décomposition temps-fréquence
• Filtre de Kalman
• Bruit instrumental

Résumé

Le détecteur d'ondes gravitationelles par interférométrie optique Virgo atteindra bientôt sa sensibilité nominale. Les sources astrophysiques attendues sont principalement les coaslescences de systèmes binaires d'objets compacts et les supernovas de type II. Les amplitudes des signaux sont à la limite de la sensibilité de l'instrument, les taux d'événements observables sont faibles et les formes d'ondes mal connues, notamment pour les effondrement gravitationnels. L'analyse des données repose sur la recherche de signaux de faible amplitude dans du bruit coloré. Dans ce contexte ce travail propose l'utilisation de décompositions temps-fréquence des séries temporelles pour la détection de signaux courts. Les performances de cette approche sont estimées en simulation et comparées à celles d'autres méthodes de détection disponibles dans la communauté. Une autre difficulté pour l'analyse est la présence de structures spectrales étroites dans la distribution d'énergie en fréquence des données. Elles proviennent de résonances mécaniques des miroirs et du système d'isolation sismique de l'instrument. L'utilisation de filtres de Kalman pour éliminer ces bruits bien modélisés avant l'analyse est présentée. Le problème essentiel de l'estimation des paramèters du modèle est traité, avec l'objectif d'une réestimation dynamique. Einfin ces outils sont appliqués aux données Virgo disponibles, avec comme résultat principal la mise en évidence de sources de bruits instrumentales importantes, dont la suppresssion demandera une améliorationh du fonctionnement et une meilleure isolation de l'environnement.

Titre traduit

Impulsive astrophysical signals in the data of the gravitational wave detector Virgo

Résumé

The gravitational wave interferometric detector Virgo should soon reach its target sensitivity. The main astrophysical sources expected are the inspiral of compact binary systems and type II supernovae. Signal amplitudes are only slightly above the instrument sensitivity. Event rates are very low and waveforms are ill-known, notably for gravitational collapses. The objective of data analysis is mainly the detection of low amplitude signals in colored noise. This work proposes the use of time-frequency methods for the detection of short duration signals. Performances are estimated on simulated data and compared to other detection filters used in the community. Another difficulty for data analysis is the presence in the noise spectral density of narrow-band structures. These originate in the mechanical resonances of the mirrors and seismic isolation system of the instrument. Kalman filters are introduced to suppress these well-modelled noises in the data. The critical issue being the adequacy of the model, the problem of parameter estimation is tackled with the aim of a dynamical update. Finally these tools are applied to the available Virgo data. The main conclusion from this practical study is the identification of several instrumental noise sources, that wil not disappear until the isolation of the instrument and its behaviour are improved.