Recherche d'ondes gravitationnelles produites par des cordes cosmiques dans les données LIGO-Virgo

Searching for gravitational waves produced by cosmic strings in LIGO-Virgo data

• Auteur / Autrice : Imène Belahcene
• Direction : Patrice Hello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astroparticules et cosmologie
• Date : Soutenance le 25/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Schune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Hello, Marie-Hélène Schune, Christophe Ringeval, Edward Porter, Danièle Steer, Tania Regimbau, Florent Robinet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Ringeval, Edward Porter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie

Cosmologie

Cordes cosmiques

Ondes gravitationnelles

Mots clés libres

Ondes gravitationnelles

Cordes cosmiques

Virgo

LIGO

Gravitational waves

Cosmic strings

Virgo

LIGO

Résumé

Cette thèse présente les résultats de la recherche de signaux d’ondes gravitationnelles produits par des cordes cosmiques dans les données des deux premières périodes d’observation des détecteurs de seconde génération Advanced LIGO et Advanced Virgo. Les cordes cosmiques sont des défauts topologiques unidimensionnels créés dans l’Univers primordial. Ces objets sont prédits par de nombreux modèles de physiques de très hautes énergies. La forme attendue du signal d’ondes gravitationnelles émis par des cordes cosmiques est prédite par la théorie. On utilise une technique de filtrage optimal pour rechercher la présence d’un signal dans les données des détecteurs Advanced LIGO et Advanced Virgo. Cette technique est optimale si le bruit du détecteur est gaussien et stationnaire, ce qui n’est pas le cas. Une partie essentielle du travail de thèse a consisté à comprendre et réduire le bruit de fond de l’analyse. Ce travail sur la qualité des données a permis d’augmenter la sensibilité de la recherche. De plus on montre que la recherche de signaux transitoires d‘ondes gravitationnelles produits par des cordes cosmiques est limitée par la présence d‘une famille particulière de bruits qui miment le signal prédit pour les cordes cosmiques. En l'absence de détection, nous avons placé des limites sur les paramètres qui caractérisent un réseau de cordes cosmiques pour différents modèles théoriques, afin de préciser les conditions d’existence de ces dernières.

This thesis shows the results of the search for gravitational-wave signals produced by cosmic strings using the data from the first two observation runs of the second generation detectors Advanced LIGO and Advanced Virgo. Cosmic strings are one-dimensional topological defects created in the primordial Universe. These objects are predicted by many models of very high energy physics. The gravitationalwave signal emitted by cosmic strings is predicted by theory. A matched-filter analysis is used to search for the presence of a signal in Advanced LIGO and Advanced Virgo data. This technique is optimal if the detector noise is Gaussian and stationary, which is not the case. An essential part of the thesis work was to understand and reduce the background noise analysis. This work on data quality has increased the sensitivity of the search. Furthermore, we have shown that the search for transient signals of gravitational waves produced by cosmic strings is limited by the presence of a particular family of noises that mimic the predicted signal for cosmic strings. In the absence of detection, we have placed constraints on the parameters which characterize a cosmic string network for different theoretical models, in order to specify the conditions of their existence.