Vers une reconstruction précise du signal d'onde gravitationnelle de Virgo pour l'astronomie multi-messagers en temps réel

Towards an accurate Virgo gravitational wave strain reconstruction for real-time multi-messenger astronomy

• Auteur / Autrice : Paul Lagabbe
• Direction : Loïc Rolland, Frédérique Marion
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Subatomique et Astroparticules
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules
• Jury : Président / Présidente : Richard Taillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Mours, Myriam Zerrad, Dominique Boutigny, Gael Obein, Loïc Rolland, Frédérique Marion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Mours, Myriam Zerrad

Mots clés

Mots clés libres

Analyse

Virgo

Onde gravitationnelle

Étalonnage

Ligo

Reconstruction

Gravitational wave

Virgo

Ligo

Reconstruction

Analysis

Calibration

Résumé

Les ondes gravitationnelles sont des solutions aux équations de la relativité générale qui régissent la dynamique de la gravitation. Les principales sources d'ondes gravitationnelles sont les coalescences de systèmes binaires de trous noirs ou d'étoiles à neutrons. Les collaborations LIGO, Virgo et KAGRA ont construit des détecteurs interférométriques à l'échelle du kilomètre destinés à détecter les ondes gravitationnelles dans une bande de fréquence allant de 10 hertz à quelques kilohertz. Depuis la première détection d'un événement d'ondes gravitationnelles le 14 septembre 2015, les détecteurs alternent des phases d'amélioration et d'observation nommées O1, O2, O3 et O4. Au fur et à mesure que la sensibilité des détecteurs s'améliore, la précision requise pour l'étalonnage augmente. Ma thèse a débuté en octobre 2020 après la fin du run O3 pendant la période d'amélioration des détecteurs, et porte sur l'amélioration des calibrateurs optiques en prévision du run O4. Les calibrateurs optiques sont des actionneurs auxiliaires des miroirs de l'interféromètre Advanced Virgo+ qui utilisent la pression de radiation d'un laser modulé en puissance pour pousser les miroirs. Ils sont utilisés comme actionneurs de référence pour l'étalonnage du détecteur. Au cours de ma thèse, j'ai été en charge de leur amélioration pour le run O4, et de l'étalonnage du détecteur Advanced Virgo+ à l'aide des calibrateurs optiques. Dans cette thèse, le design du calibrateur optique pendant le run O3 est présenté, ainsi que les améliorations apportées en préparation du run O4. Le design optique du calibrateur optique a été modifié, de sorte qu'il est moins sensible à l'environnement. L'étalonnage du calibrateur optique par rapport à un étalon calibré par NIST, l'institut national de métrologie américain, est présenté. La stratégie d'intercalibration entre les calibrateurs optiques de LIGO Virgo et de KAGRA est également détaillée dans cette thèse. Le même type d'étalon de puissance est utilisé dans chaque détecteur. De plus, la mesure de calibration a été automatisée. Le calibrateur optique qui en résulte satisfait les contraintes sur l'incertitude pour le run O4. Au printemps 2023, le calibrateur optique était prêt à calibrer l'actionneur des miroirs et la réponse optique de l'interféromètre.

Gravitational waves are solutions to the equations of general relativity which govern the dynamics of the gravitation. The principal sources of gravitational waves are the coalescences of binary systems of black holes or neutron stars. The collaborations LIGO, Virgo and KAGRA have built kilometer-scale interferometric detectors designed to detect gravitational waves in a frequency band ranging from ten hertz to a few kilohertz. Since the first detection of a gravitational wave event on September 14, 2015, the detectors alternate between improvement and observation phases named O1, O2, O3 and O4. As the sensitivity of the detectors improves, the required precision of the calibration increases. My thesis started in October 2020 after the end of the O3 run during the improvement period of the detectors. It is about the improvement of the Photon Calibrator in preparation of the O4 run. The Photon Calibrators are auxiliary actuators of the mirrors of the Advanced Virgo+ interferometer using the radiation pressure of a power modulated laser to push on the mirrors. They are used as reference actuators for the calibration of the detector. During my thesis, I was in charge of their improvement for the O4 run, and of the calibration of the Advanced Virgo+ detector using the Photon calibrator. In this thesis, the O3 design of the photon calibrator is presented as well as its limitations. The improvements made in preparation of the O4 run are detailed. The optical design of the photon calibrator was changed, so it is less sensitive to the environment. The calibration method of the photon calibrator with respect to a standard calibrated by NIST, the American national institute of metrology, is presented as well as the results of the calibration. The intercalibration strategy between the photon calibrators of LIGO Virgo and KAGRA is also detailed in this thesis. The same kind of power standard is used in every detector, and the calibration measurement has been automated. The resulting photon calibrator satisfies the constraints on the calibration uncertainty for the O4 run. In spring 2023, the photon calibrator was ready to calibrate the actuator of the mirrors, and the optical response of the interferometer.