phase 0 elisa/ngo dpc conclusion, cnes, 23 janvier 2014 pierre binétruy, apc, paris la mission...
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Phase 0 eLISA/NGO DPCConclusion, CNES, 23 janvier 2014
Pierre Binétruy, APC, Paris
La mission eLISA/NGO
onde gravitationnelle: propagation d’une déformation de l’espace-temps, due au déplacement rapide de matière (comme dans des explosions)
Couplent très faiblement à la matière donc difficiles à détecter mais non perturbées par la matière rencontréeSe propagent à la vitesse c de la lumière
Amplitude des ondes gravitationnelles:
h = L
Variation de longueur due à l’onde gravitationelle
Longueur totale
Exemples:
• explosion de supernova dans l’amas de Virgo (15Mpc): h=10-21 à 10-24
• système binaire de deux trous noirs (M=1,4M) à 10 Mpc: h=10-22 à 10-23
L
L L
Comment mesurer des variations relatives de distance de l’ordre de 10-21 à 10-24 ?
Utiliser l’interférometrie
Albert Michelson comptant des franges d’interférence
Michelson-Morley (1887)
Sensibilité ΔL = 6. 10-10 m
Fréquence f de l’onde gravitationnelle ~ √M/R3
Etoiles à neutrons (M ~ 1,4M☉) : f ~ 100 Hz
taille ~ 3000 km
Trous noirs supermassifs (M ~ 106 M☉) : f ~ 10-4 à 10-2 Hz
taille ~ 30 million km
(loi de Kepler pour les systèmes binaires)
Interferomètresterrestres
eLISA
Quelle taille pour les détecteurs? Taille ~ longueur d’onde de l’onde gravitationnelle ~ c/f
Le spectre de fréquence des ondes gravitationnelles
1 Mkm
Principe de détection des ondes gravitationnelles dans l’espace (LISA)
géodésique géodésique
Mesure interférométrique des variations relatives de distance dues au passage d’ondes gravitationnelles
5 Mkm
Identifier des variations relatives de distance entre les deux masses
géodésique géodésique
5 Mkm⏎
satellite protège la masse test
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Principe de détection des ondes gravitationnelles dans l’espace (LISA)
Identifier des variations relatives de distance entre les deux masses
Note: concept remonte aux années 1990; récente étude de la NASA selon laquellececi reste le seul concept réaliste dans un futur envisageable (deux prochaines décennies)
géodésique géodésique
5 Mkm⏎⏎
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30 cm
LISAPathfinder
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⏎
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Principe de détection des ondes gravitationnelles dans l’espace (LISA)
Mission technologique LISAPathfinder: lancement mi-2015
Interféromètre de Michelson
Mission (européenne) eLISA/NGOCoût estimé par ESA: CaC ~ 1.2 B€
Satellite (mère ou fille)
Peut accommoder tous types de micropropulseurs(gaz froids, FEEPs, MiniRITs):
mère fille
La science d’eLISA
Les sources binaires ultra-compactes (identiques au pulsar de Hulse-Taylor)
Incluent les «binaires de vérification» cad des sources garanties d’ondes gravitationnelles
Binaires de vérification
autres binaires
Trous noirs supermassifs
On a constaté l’existence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies
Notre propre Voie Lactée: Sagittarius A* a 3 million M☉
infrared
infrarouge
radio
Exemples de collisions de galaxies observés à différents temps :
A. Petiteau
Test de la gravité en régime fort
Plongeon Fusion Ringdown
RG: approximation postNewtonienne
RG: relativité numerique
Théorie de perturbation
LGW = 1023 L
21
Red
shift
Z
Mass [log M/M☉]
eLISA
SNR
Astronomie des trous noirs supermassifs dans les années 2020
SKA, Pulsar Timing
Futurs Obs.EM LSST, JWST, EELT,
Rayons X
ET (proposed)
aLIGO, aVIRGO,KAGRA
Dist
ance
(en
déca
lage
spe
ctra
l)
EMRI (Extreme Mass Ratio Inspiral)
Ondes gravitationnelles produites par des objets massifs (étoiles ou trous noirs demasse 10 to 100 M) tombant dans l’horizon d’un trou noir supermassif. Permet d’identifier de façon unique la géométrie de l’espace-temps proche du trou noir
Les trous noirs sont des singularités (densité infinie) protégées par un horizon
Trounoir
Horizon
matière
lumière
L’objet « léger » cycle quelques 105 fois autour du trou noir avant plonger dans l’horizon du trou noir supermassifPermet d’arpenter l’espace-temps proche du trou noir.
Fonds cosmologiques
eLISA recherchera les phénomènes violents (tels que transitions de phase) qui se passent pen-dant les époques très primordiales de l’Univers, quand l’énergie en jeu était de 0.1 to 1000 TeV.
BIG BANG
Complémentaire au LHC
Analyse des données
Défi: signaux en provenance de tout l’Univers avec un grand rapport signal/bruitComment les séparer?
(≠ interférometres terrestres)
progrès important ces dernières années dans les méthodes d’analyse grâce au Mock LISA Data Challenge
• 4 trous noirs supermassifs• 5 EMRI• 26.1 million binaires galactiques• bruit instrumental
?
SE lead
Data Centre
Le consortium eLISA
Website eLISA
https://www.elisascience.org/
Traitement des données: la vue de l’ESA en 2012
consortium
« Cosmic Vision » 2015-2035
L2 L3
BEPI COLOMBOJUICE
M7
M4
M6
M3
M5
Solar Orbiter
EUCLID
S1,…M d’Op
L1M1
M2
JWST
C:2014,L:2026
L:2024 L:2020
L:2022
C:2018,L:2030
C:2020,L:2032C:2022,L:2035
C:2014,L:2028 C:2020,L:2034
Statut de la mission eLISA M: 0.5 B€, L: 1.5 B€
ESA a réuni un Senior Survey Committee* pour identifier les thèmes scientifiquesdes missions L2 et L3• L2 lancement estimé en 2028• L3 lancement estimé en 2034Le mandat était d’identifier un thème pour L2 et un thème pour L3
*Catherine Cesarsky (présidente)W. Benz (CH, président SSAC), S. Bertolucci (I, CERN), G. Bignami (I, INAF), T. Encrenaz (F, Observatoire), R. Genzel (G, MPE),J. Spyromillo (ESO), J. Zarnecki (UK, Londres)
Appel à thèmes scientifiques de L2/L3
32 « white papers » reçus
White paper : soutenu par plus de 1200 scientifiques
Document de l’ESA HQ au SPC (28-29 novembre)
L3
Réunion du consortium board (8 janvier 2014)
• Discussion d’un plan d’action pour les prochaines années • Revue de la situation internationale (en présence de nos collègues US)• Discussion sur la phase 0 DPC: intérêt marqué pour la mise en place précoce d’une « reference platform » en liaison avec les MLDC etles données des interféromètres au sol.
Roadmap for eLISA• eLISA Science Theme selected as L3 in 2013• Technology Roadmap work 2013 – 2015 • Possibly continued Mission Concept Study 2014 – 2015• Successful LISA Pathfinder flight in 2015
– Assessment of technology status– Possibly additional work, e.g. breadboarding
of Payload + (1 to 4) years• Selection of Mission Concept in 2015 + (1 to 4)• Possibly Start EQM of complete Payload 2015 + (2 to 5)• Start of Industrial Definition Study 2015 + (2 to 5)• Start of Industrial Implementation 2015 + (6 to 9)• Launch in 2015 + (15 to 18)
38
ESA
Mise en place dans les mois qui viennent d’une Science Team d’une dizaine de membres (incluant probablement une participation US) qui, en particulier, passera en revue les technologies envisageables pour la mission L3 et lesdéveloppements techniques nécessaires.
Conclusions
La confirmation du thème « L’Univers gravitationnel » est aussi une confirmation de la mission eLISA (seul concept réalisable dans un avenir raisonnable). Prochaines étapes clefs:• lancement de LISAPathfinder en 2015, qui déterminera la suite du calendrier• découverte des ondes gravitationnelles par les détecteurs terrestres probablement avant 2020
Une très large communauté derrière la mission eLISA qui ouvrira une toutenouvelle fenêtre sur l’Univers.
La France a une position stratégique avec le centre de traitement des données etl’intégration. Elle doit garder une longueur d’avance dans ces domaines pour préservercette position.
LISA-France, l’APC et le Centre François Arago
Les laboratoires de LISA-France:
• APC, Paris• ARTEMIS, Observatoire de la Cote d’Azur• Institut de Physique Théorique, CEA, Saclay• IAP, Paris• LAPP, Annecy-le-Vieux• LPCEE, Orléans• LUTh, Observatoire de Paris
44
269
230
2518
Total: 136 (81 permanents + 30 Ph.D. + 25 postdocs)
ingénieurs, techniciens et personnel administratif
Total: 62 (44 permanents + 18 non permanents)
APC en quelques chiffres:
Quatre tutelles:
HESSCTA LAGUNA
LISALISApathfinder
Euclid
BOSS
LSSTPlanck
AntaresKm3Net
Les grands projets de l’IN2P3 Le spatial
R&D millim.
QUBIC
Préparant le futur
Virgo
DarkSide
TARA
NIS
Téle
scop
e Co
mpt
on
SVO
M
JEM
-EU
SO/b
allo
n
INTEGRAL
X-Shooter
DoubleChooz
Borexino
Programme scientifique de l’APC
François Arago Centre (FACe)
Centre de traitement des données multi-missions
IN2P3/action structurante Paris Diderot
ORGANIGRAMMEFRANCOIS ARAGO CENTRE
DIRECTEURPIERRE BINÉTRUY
RESPONSABLE TECHNIQUEM. DETOURNAYIR – CNRS
ADJOINT RESPONSABLE TECHNIQUES. DONG IE – P7
RESPONSABLE SCIENTIFIQUEV. BECKMANNIR1 -CNRS
LISA PATHFINDERE. PLAGNOLDR-CNRS
INTEGRALF. LEBRUNICEA
EUCLID / LSSTE. AUBOURGICEA
PLANCKY. GIRAUD HERAUDDR-CNRS
ASR Serveurspostes de travail
S. DONG IE – P7
LISAE. PORTERCR- CNRS
SECRETARIATA.GUETT – P7
ALGORITHMIEAdmin.ClusterM. LE JEUNEIR - CNRS
SUPPORT LogicielsN………AI
L.FERRAIOLI.CDD – IR - CNES
N…….CDD - CNES
K. KRETSCHMERCDD – CNES
V. Savchenkow.CDD - CNES
A. PETITEAU MC UP7
V.BECKMANNCDD DR CNRS
G. PfeifferCDD - CNES
M. LE JEUNEIR CNRS
CLOUDC. CAVETCDD IR - LABEX
Grille
J.M. ColleyIR-CNRS
F. DODUIGR P7
N..........IR – 2013
13/09/12
ASR ClustersS.Dong IE-P7
M.DetournayIR-CNRSDATA access/web
P.YU IE - CNRS
GESTIONL.DAVILATCN - CNRS
SUPPORT multimedia N…….IE
S. ZAPPINOAI- CDD CNRS
MULTIMEDIA Web Conférence(Cosmovia) M.KhlopovCDD CR CNRS
Concurrent Design Facilities
H.HalloinEnseignant Chercheur -Paris 7
• traitement des données INTEGRAL• centre de données externes pour LISAPathfinder(2015-2016)• centre de données pour mission eLISA• plate-forme de développement de codes pourtoute la collaboration Euclid• rôle en discussion pour LSST• traitement des données hors sursaut pour SVOM(en discussion)• centre de mission pour le sismomètre SEIS d’INSIGHT(en discussion)
connection privilégiée au Centre de Calcul de l’IN2P3