Analyse des données d'ondes gravitationnelles pour les sources standard et non standard de coalescences d'objets binaires compacts dans le troisième cycle d'observation LIGO-Virgo

Gravitational-wave data analysis for standard and non-standard sources of compact binary coalescences in the third LIGO-Virgo observing run

• Auteur / Autrice : Elisa Nitoglia
• Direction : Roberto Chierici, Viola Sordini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 20/09/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et d’Astrophysique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Corinne Augier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nelson Christensen, Francesco Pannarale, Frédérique Marion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nelson Christensen, Francesco Pannarale

Mots clés

Mots clés contrôlés

Instruments

Appareils et matériel

Astrophysique

Interféromètres

Ondes gravitationnelles

Mots clés libres

Relativité générale

Ondes gravitationnelles

Fusions binaires compactes

Analyse des données

MBTA

Troisième run d'observation

Recherche standard

Recherche sub-Solarie

General relativity

Gravitational waves

Compact binary mergers

Data analysis

MBTA

Third observing run

Standard search

Sub-Solar mass search

Résumé

Cette thèse de doctorat présente une enquête approfondie sur la détection des signaux d'ondes gravitationnelles provenant de fusions binaires compactes, en mettant l'accent particulier sur l'analyse des données de la troisième campagne d'observation de la Collaboration LIGO-Virgo. Le manuscrit commence par fournir une introduction aux principes fondamentaux de la théorie de la relativité générale, y compris la prédiction de l'existence des ondes gravitationnelles et un aperçu des sources astrophysiques qui génèrent ces ondes. Il fournit également une description détaillée des interféromètres, les instruments utilisés dans les observatoires d'ondes gravitationnelles, ainsi que leur fonctionnement de base. Ensuite, le manuscrit se concentre sur les techniques avancées d'analyse des données développées pour extraire les signaux d'ondes gravitationnelles du bruit du détecteur. Une attention particulière est accordée au pipeline d'analyse MBTA (Multi-Band Template Analysis), auquel l'auteur contribue activement en tant que membre de l'équipe MBTA. Le fonctionnement et la méthodologie du pipeline MBTA sont décrits en détail, mettant en évidence son rôle dans la détection et l'analyse des signaux d'ondes gravitationnelles. Ensuite, le manuscrit présente les résultats obtenus à partir de l'analyse standard réalisée pour rechercher des signaux provenant de trous noirs binaires, d'étoiles à neutrons binaires et de binaires trou noir-étoile à neutrons dans les données recueillies lors de la troisième campagne d'observation. L'analyse comprend un examen approfondi des signaux observés, de leurs propriétés et des implications astrophysiques des fusions détectées. De plus, le manuscrit explore les dernières avancées dans la recherche des ondes gravitationnelles émises par des binaires de masse sub-solaire, qui impliquent des systèmes binaires comprenant au moins un objet ayant une masse inférieure à celle du Soleil, offrant une enquête approfondie sur la méthodologie et les résultats de la recherche de masse sub-solaire lors de la troisième campagne d'observation. Grâce à cette enquête approfondie, le manuscrit vise à contribuer à l'avancement de l'astronomie des ondes gravitationnelles, offrant une exploration complète de la recherche sur les ondes gravitationnelles, couvrant les principales réalisations de la troisième campagne d'observation dans les recherches standard et de masse sub-solaire.

This PhD thesis presents a comprehensive investigation into the detection of gravitational wave signals from compact binary mergers, with a specific focus on the analysis of data from the third observing run of the LIGO-Virgo Collaboration. The manuscript begins by providing an introduction to the fundamental principles of the theory of General Relativity, including the prediction of the existence of gravitational waves and an overview of the astrophysical sources that generate these waves. It also provides a detailed description of interferometers, the instruments used in gravitational wave observatories, and their basic functioning. Subsequently, the manuscript focuses on advanced data analysis techniques developed to extract gravitational wave signals from the detector noise. Special attention is given to the Multi-Band Template Analysis (MBTA) pipeline, which the author actively contributes to as part of the MBTA team. The functioning and methodology of the MBTA pipeline are described in detail, highlighting its role in the detection and analysis of gravitational wave signals. The manuscript then proceeds to present the results obtained from the standard analysis conducted to search for signals originating from the coalescence of binary black holes, binary neutron stars, and black hole-neutron star binaries in the data collected during the third observing run. The analysis includes a comprehensive examination of the observed signals, their properties, and the astrophysical implications of the detected mergers. Additionally, the manuscript explores the latest advancements in the search for gravitational waves emitted by sub-solar mass binaries, which involve binary systems comprising at east one object with a mass below the threshold of the mass of the Sun, providing an in-depth investigation into the methodology and results of the sub-solar mass search during the third observing run. Through this comprehensive investigation, the manuscript aims at contributing to the advancement of gravitational wave astronomy, offering a comprehensive exploration of gravitational wave research, encompassing the main achievement of the third observing run in both standard and sub-solar mass searches.