Perspectives pour l'analyse des données du réseau LIGO-Virgo AC Clapson (et beaucoup d autres)
Détection d ondes gravitationnelles au sol Sensibilité instrumentale visée : quelques 10-23 Hz -1/2 @ 200 Hz Source Système binaire d étoiles à neutrons Taux annuel Galactique (an -1 ) Taux annuel détectable (an -1 ) Fréquences (Hz) ~ 2 10-5 5 10-3 0.3 10 3 (LSO) Supernova 10-2 10-2 200-1000 Estimations des performances pour une situation optimale. Prise en compte des limitations des détecteurs. Améliorations par une analyse en réseau.
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
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
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.
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)
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 22 2005 ) 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 393 2002 )
Analyse en réseau diagrammes d antenne Livingston Hanford LIGO Recouvrement du champ des instruments LIGO Complémentarité de couverture avec Virgo. Virgo
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 % 0.1 10-6 10-6 ~ 3.10-6 63 60 55 19 41 22 22 60
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
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 10.80 1ms SNR 0 0 Erreur de détection σ 0 30 ms SNR ITF = 10 Résolution de 1 sur 40 % du ciel
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)
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.
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
Analyse cohérente simulation SNR en filtrage adapté Bruit + Injection Gaussienne 1 ms Injectée au Centre Galactique Energie raisonnable (hrss 5.10-22 ) Bruit (Blanc gaussien) Validation de la méthode Similitude avec calcul analytique Visibilité du signal => méthode de détection? Résolution spatiale limitée
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.
Données actuelles LIGO Sensibilité nominale presque atteinte: Horizon NSNS ~ 9 Mpc Horizon SN ~ 12 kpc Prise de données S5 (1 an) prévue fin 2005. 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.
(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 (1700-460-65 Hz). (MA Bizouard, Virgo Week 7/05) Données Virgo C7 (9/2005)
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
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
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.
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
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 (1 + 7 10 2 biais ( ) σ i 1.5 )
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
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)
Schéma optique de Virgo