Thèse soutenue

Observations cosmologiques par LISA : limitations dues au bruit et aux signaux astrophysiques
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Auteur / Autrice : Guillaume Boileau
Direction : Nelson ChristensenRenate Meyer
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 28/09/2021
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire de la Côte d'Azur - Astrophysique Relativiste Théories Expériences Métrologie Instrumentation Signaux (Nice)
Jury : Président / Présidente : Tania Regimbau
Examinateurs / Examinatrices : Nelson Christensen, Renate Meyer, Tania Regimbau, Nick Van Remortel, Chiara Caprini, Mairi Sakellariadou
Rapporteurs / Rapporteuses : Tania Regimbau, Nick Van Remortel

Résumé

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Dans l'attente de mesurer le fond stochastique des ondes gravitationnelles avec le Laser Interferometer Space Antenna (LISA), nous nous proposons de déterminer des méthodes et des stratégies afin de comprendre et de préparer les observations cosmologiques par LISA. Celle-ci est donc une mission spatiale visant à mesurer les ondes gravitationnelles comprises entre 1 x 10〖-5〗^ et 1 Hz. Cette mission, portée par l'ESA, devrait être lancée d’ici à 2034. L'enjeu de cette thèse de doctorat consiste à comprendre et à simuler les fonds stochastiques cosmologiques produits au début de notre Univers dans un contexte d'autres fonds stochastiques d'origine astrophysique ou galactique avec le bruit de LISA. Le premier est issu de binaires de trous noirs et d'étoiles à neutrons non résolues et aussi présent dans la gamme de fréquence de LIGO/Virgo. Les missions LISA et LIGO/Virgo n'observeront pas simultanément les mêmes binaires, mais les propriétés du fond mesurer avec LIGO/Virgo donne une très bonne agilité pour prédire le comportement de ce fond dans LISA. Le deuxième a pour origine les binaires de naines blanches présentes dans notre galaxie. Le signal d'ondes gravitationnelles de ces dernières n'est pas encore bien compris, il nous faudra le simuler et l'étudier. En effet, certains phénomènes liés à ses propriétés, mais aussi à son observation, le rendent complexe à étudier. Nous cherchons et développerons, pour le futur, des stratégies bayésiennes et d'information de Fisher pour comprendre la séparation spectrale des différents fonds stochastiques tout en évaluant les possibles limites de détectabilité du fond cosmologique.De plus, le bruit de LISA pourrait avoir de multiples sources de perturbation comme les bruits corrélés. Pour comprendre l'enjeu d'un bruit de LISA non parfait nous avons étudié et ensuite établie les corrélations de la mission test de LISA, LISA PathFinder dont nous avons réalisé une étude détaillée et complète du bruit. Dans le but de comprendre les effets des possibles bruits corrélés dans LISA, nous avons injecté ces corrélations dans un niveau de bruit de LISA, et établi de nouvelles estimations de limitation de la mesure du fond stochastique cosmologique. Nous avons également cherché à établir les limites du modèle actuel avec des modèles de bruit plus complexe, c’est-à-dire en corrélant le bruit de deux bancs optiques du même satellite, ou en augmentant indépendamment le bruit de chaque système optique. Ainsi, nous pourrons, avec notre méthode, détecter et séparer des fonds cosmologiques de l'ordre de Ω〖GW,cosmo〗_ ≃ 1 x 10〖-13〗^ à 1 x 10〖-12〗^. Nous avons également étudié la limite de détectabilité des cordes cosmiques, dont nous avons établi une limite de tension Gμ_ ≃ 1 x 10〖-17〗^ à 1 x 10〖-16〗^.