Contributions to the direct detection of gravitational waves with Virgo
Contributions à la détection directe des ondes gravitationnelles avec Virgo
Résumé
The theory of General Relativity
predicts the existence of gravitational waves which are radiative
solutions of the Einstein's equations that govern space-time
dynamics. Thanks to interferometric detectors such as Virgo, we are
probably close to the first direct detection of gravitational waves, that
will confirm the indirect evidences collected so far. These detectors
allows the observations of gravitational waves from violent cosmic
phenomena such as the merger of neutron star and/or black hole binary. In
the course of my researches, I contributed, at various levels, to the
development and scientific exploitation of these detectors. First, I
participated in the instrument starting phase, specifically to the
development of a set of pre-analysis tools for the instrumental noise
characterization. I also proposed a new method to search for
quasi-periodic gravitational signals following an alternative approach to
the reference method using matched filtering. The introduction of a
Markovian model based on a time-frequency graph allows to reformulate the
problem of optimally detecting such signals in a combinatorial
optimization problem, for which an efficient search algorithm exists. This
new method proves to be particularly useful when the complexity of the
targeted signal is large and prohibits the use of matched filtering
techniques. Finally, I realized several ``multi-messengers'' search
projects that couple gravitational wave observations to that from other
channels in the electromagnetic and neutrino spectra.
La théorie de la Relativité Générale prédit l'existence des ondes
gravitationnelles qui sont des solutions radiatives aux équations d'Einstein
régissant la dynamique de l'espace-temps. Grâce aux détecteurs
interférométriques tels que Virgo, nous sommes vraisemblablement proche de la
première détection directe des ondes gravitationnelles qui viendra confirmer les
preuves indirectes recueillies jusqu'ici. Ces détecteurs permettent
l'observation des ondes gravitationnelles provenant de phénomènes cosmiques
violents comme les coalescences de binaires d'étoiles à neutrons ou de trous
noirs. Au cours de mes recherches, j'ai contribué, à différents niveaux, au
développement et à l'exploitation scientifique de ces détecteurs. J'ai d'abord
participé à la phase de mise en service de l'instrument, et plus spécifiquement
au développement d'un ensemble d'outils de pré-analyse pour la caractérisation
du bruit instrumental. J'ai ensuite proposé de nouvelles méthodes de recherche
de signaux gravitationnels quasi-périodiques suivant une approche alternative à
la méthode de référence basée sur le filtrage adapté. L'introduction d'un modèle
markovien s'appuyant sur un graphe temps-fréquence permet de reformuler le
problème de la détection optimale de ces signaux comme un problème
d'optimisation combinatoire pour lequel il existe un algorithme de recherche
efficace dont nous montrons les bonnes performances. Cette nouvelle méthode est
particulièrement utile lorsque la complexité du signal visé est grande rendant
prohibitif le coût calculatoire du filtrage adapté. Finalement, j'ai réalisé
plusieurs projets de recherche ``multi-messager'' couplant les observations en ondes
gravitationnelles avec celles qui proviennent d'autres canaux dans le spectre électromagnétique
ou neutrino.