OBSERVATIOND’ONDESGRAVITATIONNELLESDELAFUSIONDEDEUXTROUSNOIRSTaniaRegimbaupourlaCollaborationScienti4iqueLIGOetlaCollaborationVirgoSF2A,LYON,14/06/2016

NousavonsdétectédesOndesGravita@onnelles!!14Septembre2015à09:50:45UTC

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1.3milliardsd’annéesplustôt

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Plan

•  Introductiongénéralesurl’astronomiegravitationnelle

•  Lapremièredétectiondelafusiondedeuxtrousnoirs

•  Implicationsenastronomie,cosmologieetphysiquefondamentale

•  Etensuite?

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L’Universobservé

•  Presquetoutcequel’onconnaîtdel’Universnousvientdesondesélectromagnétiques.

•  L’Universobservéreprésenteunefaiblefractiondesoncontenu(matièrenoire,énergienoire)

•  Lefonddiffuscosmologique300,000ansaprèslebigbangmarquelafrontièredel’Universobservé.

•  Aujourd’huiunenouvellefenêtrevientdes’ouvriraveclesondesgravitationnelles!

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Astronomiedesondesgravita@onnelles•  Les OG sont des perturbations de l’espace-temps créées par l’accélération nonsymmétriquedemassesoupardeschampsnonstationnaires.

•  LesOGsontproduitesdansdesconditionsextrêmesdevitesseetdecompacité(étoilesàneutrons,trousnoirs)

•  LesOGsepropagentàlavitessedelalumière.Interactionfaibleaveclamatière.

•  Le pulsar binaire découvert par Hulse et Taylor en 1974 est la première preuve del’existencedesOG(TayloretWeisberg).

•  Le16Septembre2015,premièredétection“directe”parAdvLIGO.

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Effetsdesondesgravita@onnelles

•  LesOGmodi4ientlastructuredel’espace-temps.

•  UneOGpassantentredeuxmasseschangeladistanceentreelles.

•  Enalternance,ilyacontractionetélongationdansdesdirectionsperpendiculaires.

•  Fusiondedeuxétoilesàneutronsdansl’amasdeVirgo

h=δ l / l~10−21

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Interferométrielaser

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Leréseaudedétecteurs

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•  Premièredétection``directe’’d’uneondegravitationnelleMaisaussi:•  Premièreobservationdirected’untrounoir.•  Premièreobservationdirected’unsystèmebinairedetrousnoirs.•  PreuvequecessystèmespeuventfusionnerpendantletempsdeHubble.•  Evénementastrophysiqueleplusénergétiquejamaisobservé.-  ~3massessolairesen~0.2s-  Aumaximumdel’emission:3.61056erg/s!

Ladécouverte

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arXiv:1602.03840

•  8cyclesentre35et150Hz.•  Vitesserelativeatteint~0.6c.•  Séparationdequelquescentainesdekm•  Mesure de lamasse totale (>70M¤) et de la``chirpmass’’(30M¤)àpartirdumaximumdelafrequenceetdeladérivéedelafréquence.

Coalescencededeuxtrousnoirs

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Recherchegénérique

•  Hypothèsesminimalessurl’origineoulaformedusignalgravitationnel.

•  Identi4icationd’unexcèsdepuissancedansleplantemps/fréquence,encoïncidencedanslesdonnéesdesdeuxdétecteurs.

•  Laformed’ondereconstruiteestconsistanteavecunsignalgravitationnelcommundanslesdeuxdétecteurs(multidetectormaximumlikelihood)

•  Lastatistiquededétectiontientcomptedurapportsignalàbruitetdelacohérenceentrelessites:

arXiv:1602.0384312

Recherchedecoalescencesdebinaires•  Le signal gravitationnel est très bien modélisé dans le cadre des théories post-newtoniennes (phase spirale), des théories perturbatives (ringdown), et de larelativiténumérique(fusion).Laméthodeoptimaleestcelledu4iltreadapté.

•  Calcule du ``match-4ilter SNR’’ pour chaque ``template’’ et chaque détecteur(adéquationde90%)

•  Sélectiond’évènementsencoïncidencedanslesdeuxdétecteurs(délais<15mspourlemême``template’’).

•  Testsd’adéquationentre lesdonnées et le ``template’’ (chi-squared, goodnessof 4it)permettentdesupprimerlesvaleursélevéesduSNRduesaubruitnongaussien.

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arXiv:1602.03839

Filtreadapté14

CreditChadHanna 250,000templates

Degrédesignifica@on

•  Tauxauquellebruitdudétecteurproduitdesévènementsavecunestatistiquededétectionsupérieureàcelleducandidat(background)

•  Dif4iculté:pasde``nullstream’’,bruitnonstationnaireetnonGaussien.

•  Techniquesde``time-shift’’pourproduiredenouveauxéchantillons

•  Surestimationdubackground(OGtoujoursprésente)

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Générique:4.6σ(FAR=1/22,500ans,FAP<2E-6)Filtreadapté:5.1σ(FAR=1/203,000ans,FAP<2E-7)

LVT151012

Qualitédesdonnées17

•  DétecteursstablespendantplusieursheuresautourdeGW150914(pasdevetoe).

•  Sensibilitémoyenneet``background’’typiquesdelapériodetotaleanalysée(12/09/2015-20/10/2015)

•  Etudeexhaustivedesbruitsinstrumentauxetenvironnementaux(magnétiques,fréquencesradio,acoustiques…)

•  Etuded’autressourcesdebruit(activitéhumaine,météo,avions…)

GW150914versusBlip18

Reconstruc@ondusignal19

Es@ma@ondesparamètres•  Méthodesbayésiennes(MarkovChain,Nestedsampling)8paramètresintrinsèques(masses,spins)9paramètressupplémentaires(coordonnéescélestes,distancedeluminosité,orientation,tempsetphasedecoalescence).•  Bonnescontraintessurlesmasses•  Mesuredeladistancedeluminositémaispasduredshift.•  Mauvaiselocalisationdansleciel(600deg2)partriangulation.AméliorationavecVirgod’unfacteur10.

•  Taux:2-400Gpc-3yr-1(avantGW150914:0.1-300Gpc-3yr-1)

arXiv:1602.0384020

Interpréta@onastrophysiqueMassesdestrousnoirs(m1=36M¤andm2=29M¤)supérieuresauxmassesmesuréesLMXRBs(M<20M¤).•  Scénariod’évolution:-  Formesdansunenvironnementpeumétallique(ventsolaireetpertedemomentangulaireréduits).

-  Binaireisoléeaveccourtoulongdélais.-  Oucapturedynamiquedansunenvironnementdense(ségrégationdemasse).

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arXiv:1602.03846

Dvorkinetal.2015

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Belzcynskietal.2010

Belzcynskietal.2010

TestsdelaRela@vitéGénérale

•  Premierstestsenchampsfort-Formesd’ondesretrouvéessontenaccordaveclesprédictionsdelaRG(~94%)-Massesetspinsmesuresdutrounoir4inalenaccordaveclesvaleurscalculéesaveclaRG.-Premièrescontraintesdynamiquessurlessériespost-newtonniennes.-Constraintessurlamassedugraviton(oulongueurd’ondecompton)

•  AucuneévidencedeviolationdelaRG

Ψeff ( f ) = Ψ( f ) − β f −1 + φg + τ g f

β = πD / λg2 (1+ z)

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arXiv:1602.03847

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TestsdelaRela@vitéGénérale

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TestsdelaRela@vitéGénérale

Fondstochas@queLasuperpositiondessystèmesdetrousnoirsnonrésolusformentunfondgravitationnelquipourraitêtredétectépardestechniquesdecross-correlationavantquelasensibiliténominalenesoitatteinte.

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arXiv:1602.03841

Etensuite?Beaucoup d’autres détections sont attendues avec d’importantes conséquences enphysique fondamentale, astrophysique et cosmologie. (nous avons publié l’analyse de~1/3deO1pourdesmasses<100M¤)•  TestsdeRGenchampfort•  Distributiondelamassedestrousnoirsetsonévolutionavecleredshift•  Evolutiondesétoilesmassives•  Energienoire•  Astronomiemultimessager

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ExtraSlides28

Ar@clesDetection:http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.061102https://www.ligo.caltech.edu/page/detection-companion-papersLIGO-P1500237:GW150914:TheAdvancedLIGODetectorsintheEraofFirstDiscoveriesLIGO-P1500229:Observinggravitational-wavetransientGW150914withminimalassumptionsLIGO-P1500269:GW150914:FirstresultsfromthesearchforbinaryblackholecoalescencewithAdvancedLIGOLIGO-P1500218:PropertiesofthebinaryblackholemergerGW150914LIGO-P1500217:TheRateofBBHMergersInferredfromAdvancedLIGOObservationsSurroundingGW150914LIGO-P1500262:AstrophysicalImplicationsoftheBinaryBlack-HoleMergerGW150914LIGO-P1500213:TestsofgeneralrelativitywithGW150914LIGO-P1500222:GW150914:Implicationsforthestochasticgravitational-wavebackgroundfrombinaryblackholesLIGO-P1500248:CalibrationoftheAdvancedLIGOdetectorsforthediscoveryofBBHmergerGW150914LIGO-P1500238:CharacterizationoftransientnoiseinAdvancedLIGOrelevanttoGWsignalGW150914LIGO-P1500227:Localizationandbroadbandfollow-upofthegravitational-wavetransientGW150914LIGO-P1500271:High-energyNeutrinofollow-upsearchofGWEventGW150914withIceCubeandANTARES

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AdvancedLIGOaumomentdeGW150914

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CoalescencerateofstellarBBHs

•  Numberoftriggers(Poissonprocess)•  Detectionvolumedependsondetector

sensitivityandsourceparameters.

•  Assumeuniformdistributionincomovingvolme

(smalldistances)

•  Rateestimate:2-400Gpc-3yr-1•  BeforeGW150914:0.1-300Gpc-3yr-1(Abadieet

al.2010)

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arXiv:1602.03842