Perspectives pour l'analyse des données du réseau LIGO-Virgo. AC Clapson (et beaucoup d autres)

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Dorothée Lafond
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1 Perspectives pour l'analyse des données du réseau LIGO-Virgo AC Clapson (et beaucoup d autres)

2 Détection d ondes gravitationnelles au sol Sensibilité instrumentale visée : quelques Hz 200 Hz Source Système binaire d étoiles à neutrons Taux annuel Galactique (an -1 ) Taux annuel détectable (an -1 ) Fréquences (Hz) ~ (LSO) Supernova Estimations des performances pour une situation optimale. Prise en compte des limitations des détecteurs. Améliorations par une analyse en réseau.

3 Fonction d antenne Acceptance géométrique Polarisation du signal Orientation dans l espace Horizon effectif = Horizon optimal x 2/5 Couverture de ~ 50 % du ciel Diagramme d antenne Virgo Source au centre galactique

Horizon effectif = Horizon optimal x 2/5 Couverture

4 Observations multiples Réseau de détecteurs (OG + autres) Couverture plus complète du ciel Confiance dans la détection Localisation spatiale de la source Difficultés de l analyse en réseau Combinaison efficace des données coïncidence / cohérence Compatibilité des chaînes d analyse Pour un réseau de détecteurs OG Faible SNR : gestion des fausses alarmes Éventuelle reconstitution de la forme d onde

Combinaison efficace des données coïncidence / cohérence Compatibilité des chaînes d analyse Pour

5 Groupe de travail LIGO-Virgo Constitué en 2004 Initialement limité aux coalescences et signaux impulsionnels. Données simulées. Objectif: quantifier les gains d une analyse combinée LIGO et Virgo. Plan de travail Comparaison des algorithmes de recherche Analyse coïncidente Exploration de l analyse cohérente en cours. Analyse conjointe de données réelles.

Objectif: quantifier les gains d une analyse combinée LIGO et Virgo.

6 Méthodes de détection Variété des algorithmes de recherche de signaux courts. Grandes banques de signaux tests pour les coalescences. Signaux Courts Coalescences Filtres temporels: ALF, MF Correlateurs: EGC, PC Temps-fréquence: FWDAW, PF, ST Filtrage adapté: (2PN) MBTA, Merlino Corrélateur: QT Temps-fréquence: Kleine Welle, WaveBurst Filtrage adapté (2PN)

Signaux Courts Coalescences --------------------------- Filtres temporels: ALF, MF Correlateurs: EGC, PC

7 Comparaison des méthodes Comparaison et validation des chaînes d analyse Instrument unique Résolution de problèmes techniques Comparaison des taux de fausse alarme et efficacités de détection. (M Zanolin, F Beauville, GWDAW 9, CQG ) Signaux impulsionnels SNR=10 Coalescences Comparaison des formes d onde Accord des SNR et masses détectées SNR=5 (H Dimmelmeier, JA Font, E Mueller, AA )

(M Zanolin, F Beauville, GWDAW 9, CQG 22 2005 ) Signaux impulsionnels SNR=10 Coalescences

8 Analyse en réseau diagrammes d antenne Livingston Hanford LIGO Recouvrement du champ des instruments LIGO Complémentarité de couverture avec Virgo. Virgo

9 Détection coïncidente Une liste de candidats par détecteur. Test de compatibilité temporelle. LIGO-Virgo Injections cohérentes. Comparaison des stratégies de coïncidence Travail en parallèle sur les signaux courts et les coalescences. Estimation du bénéfice d une analyse en coïncidence Visibilité des sources Réduction du taux de fausses alarmes (S Fairhust, Amaldi 2005, à paraître CQG) Bursts H L V HLV HL HV LV HL υ HV υ LV FA Hz DE % ~

Comparaison des stratégies de coïncidence Travail en parallèle sur les signaux courts et les coalescences.

10 t ITF = t Terre + t Géométrie du réseau Instant d arrivée du signal aux instruments Terre ITF ( α, δ ) Localisation de source: compatibilité temporelle Cercles iso-délais : (α,δ) tels que l erreur sur les délais d arrivée du signal soit faible. LH Point source et point miroir. (spécifique à N ITF =3) LV HV

temporelle Cercles iso-délais : (α,δ) tels que l erreur sur les délais d

11 Reconstruction de direction source Exploitation des événements vus par tous les instruments: Estimation de la direction source à partir des temps d arrivée. Totalité du ciel Applicable à tous les types d événements. Limite : résolution temporelle de détection (SNR). Résultats de simulation numérique (F Cavalier, article en préparation) Résolution angulaire σ ms SNR 0 0 Erreur de détection σ 0 30 ms SNR ITF = 10 Résolution de 1 sur 40 % du ciel

Limite : résolution temporelle de détection (SNR).

12 Limites intrinsèques Erreurs de reconstruction localisées Le plan des détecteurs Les trous du diagramme d antenne Illustration pour une source en δ=0 Distance angulaire source-miroir Faible SNR (diagramme d antenne)

diagramme d antenne Illustration pour une source en

13 Analyse cohérente Nombreuses approches envisagées, sur le même principe: Éléments clés Données à combiner : mesure ou signal filtré Normalisation pour des détecteurs non-identiques Éventuelle extraction d informations sur le signal (polarisation) h = a h ( t + t ) cohérent Réseau ITF ITF ITF (N Leroy, travail en cours) Exemple d analyse cohérente Bilan provisoire: Faible localisation spatiale Performances de détection à quantifier.

informations sur le signal (polarisation) h = a h ( t + t ) cohérent Réseau ITF ITF ITF (N Leroy, travail en

14 Analyse cohérente illustration des effets cumulés (analytique) Compatibilité temporelle Diagrammes d antenne Sensibilité instrumentale => SNR optimal SNR (injection au centre galactique) Prise en compte du diagramme d antenne ITF H aveugle

Sensibilité instrumentale => SNR optimal SNR (injection au

15 Analyse cohérente simulation SNR en filtrage adapté Bruit + Injection Gaussienne 1 ms Injectée au Centre Galactique Energie raisonnable (hrss ) Bruit (Blanc gaussien) Validation de la méthode Similitude avec calcul analytique Visibilité du signal => méthode de détection? Résolution spatiale limitée

10-22 ) Bruit (Blanc gaussien) Validation de la méthode Similitude avec

16 LIGO-Virgo: résultats à venir Recherche multi-filtres de signaux courts: Validation de groupes de méthodes complémentaires. Analyse en réseau: conclusion sur l analyse coïncidente. évaluation de l approche cohérente. Publication conjointe sur les stratégies d analyse en réseau justifiant la poursuite par un échange de données réelles.

Analyse en réseau: conclusion sur l analyse coïncidente.

17 Données actuelles LIGO Sensibilité nominale presque atteinte: Horizon NSNS ~ 9 Mpc Horizon SN ~ 12 kpc Prise de données S5 (1 an) prévue fin Trois instruments : analyse coïncidente. VIRGO Amélioration progressive de la sensibilité Horizon NSNS pendant C7 : ~ 0.5 Mpc Horizon SN pendant C7 : ~ 1 kpc Arrêt pour modifications matérielles. Limitation importante : le taux de fausses alarmes.

VIRGO Amélioration progressive de la sensibilité Horizon NSNS pendant C7 : ~ 0.

18 (F Marion, Virgo Week 10/05) Données Virgo actuelles Longs temps de fonctionnement. Stabilité instrumentale encore problématique. Début de run Données C6 (7/2005) Fluctuations à toutes les échelles de temps 10 jours après Injections matérielles Filtrage adapté avec des sinus gaussiens ( Hz). (MA Bizouard, Virgo Week 7/05) Données Virgo C7 (9/2005)

Début de run Données C6 (7/2005) Fluctuations à toutes les échelles de temps 10 jours

19 Fausses alarmes Recherche de veto sur les canaux auxiliaires pour les signaux impulsionnels: Problème électronique sur un actuateur de bobine (miroir NE) Oscillations dans les contrôles angulaires ~680 événements restant à interpréter Veto sur les contrôles angulaires (MA Bizouard, Virgo Week 10/05) ~70 événements Attendus pour un bruit Gaussien Suppression de 20 fausses alarmes

angulaires ~680 événements restant à interpréter Veto sur les contrôles angulaires (MA

20 Définition de veto Travail critique pour les signaux impulsionnels. Démarche: Constatation de coïncidences avec des événements en frange noire. Identification du processus physique. Problème des signaux réinjectés dans les boucles de contrôle. Découplage OG: utilisation des injections matérielles (excitation d un miroir). Glitch en frange noire Contrôles angulaires frange blanche (MA Bizouard, Virgo Week 10/05) Injection Contrôles angulaires frange blanche Pas affectés

Problème des signaux réinjectés dans les boucles de contrôle.

21 Conclusions Évolution de l analyse dans Virgo: Identification de sources de bruit. Veto. Compréhension de la statistique des données. Conditions d observations réelles : apports de l analyse en réseau. Réseau LIGO-Virgo efficace (en simulation) Couverture du ciel Sensibilité combinée Projet de prises de données simultanées.

22 Livingston Hanford Virgo ), ( ),, ( ), ( ),, ( ),, ( source t h ITF source t F source t h ITF source t F ITF source t h = = + ) ( ), ( ) ( K b géométrie t a R F F ψ

23 Reconstruction de source 2 χ ( ( t +, ) = ITF ( tterre tterre, α δ σ tterre 2 Réseau ITF ITF ( α, δ ))) σ = ITF 2 σ 0 SNR ITF Erreur angulaire selon la direction de la source Résolution avec biais Résolution sans biais ( biais ( ) σ i 1.5 )

24 Méthodes burst S Transform Filtrage adapté Peak Corrleator Signal et template désadaptés Template : w = 1 ms. Signal : w = 5 ms Signal : SNR = (h h) = 10 Sortie de filtre : ρ (h t) = 7

25 Données Virgo: recherche de CB Signaux analytiques 2PN Couverture de l espace des paramètres Banque de templates Templates virtuels Données C6: réduction du taux de fausse alarme par application d un veto (valeur de χ 2 ) (L Bosi, Virog Week 10/05)

26 Schéma optique de Virgo

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