Recherche du signal d'ondes gravitationnelles emis par des magnetars

Detecting gravitational waves emitted by magnetars

• Auteur / Autrice : Hugo Einsle
• Direction : Marie-Anne Bizouard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Doctorat sciences de la planete et de l'univers
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Astrophysique Relativiste Théories Expériences Métrologie Instrumentation Signaux (Nice)

Mots clés

Mots clés libres

Transitoires

Developement d'algorithme

Magnetars

Ondes gravitationnelles

Fond stochastique

LIGO-Virgo-KAGRA

Magnetars

Gravitational waves

Algorithm development

Stochastic background

Transient

LIGO-Virgo-KAGRA

Résumé

En 2015, l'observation de la fusion de deux trous noirs de masse stellaire dans les données d'Advanced LIGO a ouvert une nouvelle ère en astrophysique. Les ondes gravitationnelles (OGs), prédites par la relativité générale, offrent une manière nouvelle et unique d'étudier notre Univers et en particulier les objets compacts tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons qui sont créés lors des phénomènes les plus extrêmes jamais observés. En 2017, le détecteur européen Advanced Virgo a commencé ses opérations et, ensemble, les détecteurs LIGO et Virgo ont maintenant découvert plus de 50 sources de coalescence de systèmes binaires d'objets compacts (CBC). Depuis 2015, les détecteurs Advanced LIGO et Advanced Virgo entrelacent des périodes d'observation avec les mises à niveau des détecteurs. Les détecteurs Advanced LIGO et Advanced Virgo sont actuellement en cours de mise à niveau. La quatrième période d'observation (O4), d'une durée d'un an, débutera mi 2022. Le détecteur japonais KAGRA, plus récemment mis en service, rejoindra aussi O4. On s'attend à ce que ces détecteurs atteignent leur sensibilité nominale vers 2026 (run O5). Outre la découverte en temps réel des sources CBC, leur caractérisation et les études de population, le prochain défi de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA est de découvrir de nouvelles sources de GW. Parmi eux, les magnétars, de jeunes étoiles à neutrons hautement magnétisées avec des champs de surface dépassant souvent 1014G, sont connus pour présenter de rares éruptions extraordinaires caractérisées par des flashs gamma pouvant atteindre les énergies 1044−1047erg. Bien que le mécanisme exact soit inconnu, on s'attend à ce que des OGs soient émises lorsque les magnétars émettent des flares. Des observations récentes indiquent qu'en réalité les éruptions géantes de magnétars pourraient former une classe distincte de sursauts gamma courts. Leur taux volumétrique serait de plusieurs ordres de grandeur plus élevé que les fusions d'objets compacts, faisant des magnétars galactiques une source potentielle très excitante d'OGs. Nous avons également montré que les recherches directes d'OG ciblant les magnétars seront capables de détecter un signal d'un magnétar dans la galaxie pendant O4 / O5. Cela signifie également que la contribution des OGs émises par les magnétars pourrait également être détectée dans le fond stochastique d'OGs lors de la prochaine campagne d'observation. La thèse de doctorat se concentrera sur la recherche de signaux d'OGs émises lors des bouffées gamma de magnétars ainsi que dans le fond stochastique résultant des OGs émises par ces sources.

In 2015, the first observation of the merger of two stellar mass black holes in the data of Advanced LIGO has opened up a new era in astrophysics. Gravitational waves (GW), predicted by general relativity provide a new and unique way to study our Universe and especially compact objects such as black holes and neutron stars that are created during the most extreme phenomena ever observed. In 2017 the European detector Advanced Virgo has started operations and, together, LIGO and Virgo detectors have now discovered more than 50 compact binary coalescence (CBC) sources Since 2015, the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors are interlacing periods of observing runs with detectors' upgrades. The detectors Advanced LIGO and Advanced Virgo are currently getting upgraded in order to gain sensitivity. The 1-year long fourth observing run (O4) will start end of 2022. The more recently commissioned Japanese detector KAGRA will join the O4 run. These detectors are expected to reach their design sensitivity circa 2026 (O5 run). In addition to the discovery in real-time of CBC sources, their characterization and population studies, the next challenge of the LIGO-Virgo-KAGRA collaboration is to discover new sources of GWs. Among them, magnetars, highly magnetized young neutron stars with surface fields often surpassing 1014G, are known to exhibit rare extraordinary flares characterized by micro-to-millisecond gamma-ray flashes of energies 1044−1047erg. Despite the exact mechanism is unknown, GWs are expected to be emitted when magnetars flare. Recent observations are indicating that actually magnetar giant flares may be a distinct class of short gamma-ray bursts. Their volumetric rate would be several orders of magnitude higher than compact object mergers, making galactic magnetars a very exciting potential sources of GWs. We have also shown that direct GW searches targeting magnetars will be sensitive to GW emission from a galactic magnetar in O4/O5 runs. This also means that the contribution of GWs emitted by magnetars might also be detected in the GW stochastic background during the next observing campaign. The PhD thesis will focus on searching for GW signals from targeted magnetars flares as well in the resulting stochastic background of GW from these sources.