Jean-Grégoire DUCOIN "Astronomie multimessagers : de l'analyse de sources transitoires en ondes gravitationnelles aux recherches de contreparties électromagnétiques"

lundi 4 oct. 2021, 10:00 → 12:00 Europe/Paris

200/1-101 - Salle 101 (IJCLab)

Lien de connexion / Link :

https://ijclab.zoom.us/j/91669039415?pwd=eWhTdVBFSlVSK2lwOXBCeUFPNVQxUT09

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Titre : "Astronomie multimessagers : de l'analyse de sources transitoires en ondes gravitationnelles aux recherches de contreparties électromagnétiques."

Résumé :

Cette thèse est dédiée à l’étude multi-messagers des ondes gravitationnelles de l’envoi d’alertes du réseau LIGO-Virgo-KAGRA, à l’optimisation du suivi électromagnétique de ces alertes ainsi que la recherche de signaux ondes gravitationnelles en provenance des sursauts gamma.

Dans un premier temps la thèse porte sur la validation de l’envoi des alertes ondes gravitationnelles. Elle présente le développement des outils d’analyse de données servant à la caractérisation du détecteur Virgo situé à Cascina, près de Pise en Italie. En particulier cette thèse revient sur l’implémentation de tests dédiés à: l’étude du comportement du détecteur aux moments des alertes (permettant de valider ou invalider celles-ci), l’étude des canaux auxiliaires du détecteur (canaux parallèles au signal principal du détecteur, contrôlant son statut et son environnement) et l’identification de bruits dans le détecteur. Cette thèse présente ensuite l’analyse de données des détecteurs d’ondes gravitationnelles dédiée à la recherche de contreparties aux sursauts gamma détectés par les satellites Fermi et Swift. Cette analyse est divisée en deux parties, une effectuant une recherche de signaux attendus et dédiée à la recherche de contrepartie de coalescence de binaire d’objets compacts contenant au moins une étoile à neutrons. La seconde, dite non modélisée, recherche de manière générique des signaux transitoires en coïncidence avec les sursauts gamma. Les résultats de ces analyses pour la première partie de la troisième prise de données des détecteurs LIGO-Virgo (O3a, avril - octobre 2019) ne présentent aucune évidence d’un signal significatif. Ceux-ci permettent d’établir des contraintes notablement plus fortes sur les émissions attendues que les précédentes analyses.

Dans un second volet cette thèse présente le suivi de ces alertes au sein des collaborations GRANDMA et SVOM, réseaux de télescopes terrestres et/ou spatiaux, afin de rechercher des contreparties électromagnétiques. L’amélioration des méthodes de production des plans d’observation pour des télescopes individuels ou des réseaux de télescopes y est décrite. Ces améliorations s’appuient en grande partie sur la la production d’un catalogue de galaxies dédié au suivi des ondes gravitationnelles nommé Mangrove qui est entièrement public (tout comme les méthodes de production de plan d’observation qui lui sont associées). Cette thèse montre les résultats du suivi de la troisième prise de données des détecteurs LIGO-Virgo-KAGRA, O3, par les collaborations GRANDMA et SVOM qui bien que qu’infructueuse en terme de découverte (comme le reste de la communauté scientifique) ont su démontrer leurs efficacités pour le suivi des ondes gravitationnelles (malgré la difficulté de ce suivi) et développer de nombreux outils fondamentaux pour les observations futures. Enfin, y est présentée l’étude de la population de galaxies hôtes de sursauts gamma courts afin d’identifier leurs propriétés et les utiliser pour optimiser le suivi des ondes gravitationnelles.

 

Title : " Multi-messenger astronomy : from the analysis of transient sources of gravitational waves to electromagnetic counterparts search. "

Abstract :

 This thesis is dedicated to the multi-messenger study of gravitational wave alerts from the LIGO-Virgo-KAGRA network, to the optimisation of the electromagnetic follow-up of these alerts as well as to the search for gravitational wave signals from gamma ray bursts. The first part of the thesis deals with the validation of the sending of gravitational wave alerts. It presents the development of data analysis tools for the characterization of the Virgo detector located in Cascina, near Pisa in Italy. In particular, this thesis deals with the implementation of tests dedicated to: the study of the detector behaviour at the time of the alerts (allowing to validate or invalidate them), the study of the detector auxiliary channels (channels parallel to the main detector signal, monitoring its status and environment) and the identification of noises in the detector. This thesis then presents the analysis of data from gravitational wave detectors dedicated to the search for counterparts to gamma-ray bursts detected by the Fermi and Swift satellites. This analysis is divided into two parts, one performing a search for modelled signals and dedicated to the search for counterparts to coalescence of compact binaries object containing at least one neutron star. The second, so-called unmodelled part, searches for generic transient signals coincident with gamma-ray bursts. The results of these analyses for the first part of the third LIGO-Virgo detector data set (O3a, April - October 2019) show no evidence of a significant signal. These provide significantly stronger constraints on the expected emission than previous analyses. In a second part, this thesis presents the follow-up of these alerts within the GRANDMA and SVOM collaborations, networks of ground and/or space telescopes, in order to search for electromagnetic counterparts. The improvement of the methods producing observation plans for individual telescopes or telescope networks is described. These improvements are largely based on the production of a galaxy catalogue dedicated to gravitational wave follow-up named Mangrove, which is fully public (as the associated observing plan production methods). This thesis shows the results of the follow-up of the third data acquisition of the LIGO-Virgo-KAGRA detectors, O3, by the GRANDMA and SVOM collaborations which, although unsuccessful in terms of discoveries (like the rest of the scientific community), have been able to demonstrate their efficiency for the follow-up of gravitational waves (despite the difficulty of this follow-up) and to develop many fundamental tools for future observations. Finally, the study of the population of host galaxies of short gamma-ray bursts is presented in order to identify their properties and use them to optimise the monitoring of gravitational waves.