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Simulations et analyses de données pour une configuration réaliste de LISA

Description

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) est une mission large de l'ESA (Agence Spatiale Européenne). Son objectif est de comprendre "l'Univers gravitationnel" par l'observation de sources d'onde gravitationnelle émettant entre 0.02 milliHertz et 1 Hertz. LISA est formée de 3 satellites en orbite héliocentrique s'échangeant des faisceaux lasers de manière à mesurer par interférométrie les déformations de l'espace de quelques pico-mètres dues au passage d'ondes gravitationnelles. Les sources qu'observera LISA sont les binaires de trous noirs super-massifs, plusieurs dizaines de milliers de binaires galactiques, des binaires à rapport de masse extrêmes, des binaires de trous noirs de masses stellaires, de potentiels fonds stochastiques originaires de l'Univers primordial ainsi que toutes les sources inattendues.

Bien que LISA devrait être lancé vers 2034, le design de la mission se fait maintenant, en phase A, et la configuration détaillée sera fixée dans quelques années (avant 2022). C'est donc aujourd'hui qu'il faut faire les bons choix en se basant sur des études aussi détaillées que possibles. Après les excellents résultats de la mission LISAPathfinder qui a démontré la capacité d'effectuer des chutes libres à la précision nécessaire pour LISA, et les premier résultats de GRACE Follow-on qui effectue de l'interférométrie laser entre deux satellites distants, nous avons une bonne compréhension individuelle des technologies nécessaires pour LISA. Mais pour atteindre la précision métrologique extrême nécessaire à l'observation d'un grand nombre de sources, tous les éléments des satellites ainsi que les traitements au sol doivent être considérés comme un tout constituant la mission. Il est en effet crucial de comprendre chaque sous-systèmes et sa relation avec les autres sous-systèmes, ainsi que les traitements à bord et au sol permettant le nettoyage des données puis l'extraction des paramètres des sources d'onde gravitationnelle. En plus des modélisations analytiques, la compréhension des performances globales de LISA nécessite (i) des simulations avancées en particulier de la dynamique 3D, des corrélations, des effets d'horloges et des boucles de contrôle, (ii) des prototypes de pré-traitements et (iii) des prototypes de chaines d'analyse de données.

Lors de cette thèse, nous proposons de contribuer à cette compréhension des performances de l'instrument en connectant au mieux modélisation réaliste de l'instrument et science. Plus précisément, le doctorant:
- développera et implémentera dans le simulateur des modèles détaillés pour des sous-systèmes de l’instrument utilisant les résultats de LISAPathfinder et d’autres études dédiées;
- développera et implémentera un prototype de pré-traitement;
- exploitera le simulateur existant pour étudier les performances des pré-traitements réduisant les bruits;
- étudiera sur des données simulées réalistes les performances de méthodes existantes d’analyses de données pour extraire les paramètres des sources;
- améliorera ces méthodes d’analyses ou en développera de nouvelles;
- exploitera simulations réalistes + pré-traitements + méthodes d’analyses pour évaluer les capacités scientifiques de LISA quand à l’observation de sources d’ondes gravitationnelles;

Les résultats attendues sont une amélioration du simulateur existant avec des modèles plus réalistes de l’instrument, des prototypes de pré-traitement et de chaines d’analyses, des contributions au design détaillé de l’instrument et une évaluation plus réaliste des capacités scientifiques de la mission LISA. Ce travail se fera dans le cadre du Consortium LISA et de LISA-France: interactions fortes avec le “Simulation Working Group”, le “LISA Data Processing Group”, le “Performance Working Group” du “LISA Instrument Group” et le “LISA Data Challenge Working Group”. Il s’intégrera pleinement dans la contribution française à la mission LISA.

Profil

Cette thèse s’adresse à un(e) étudiant(e) avec avant tout de bonnes bases en physique permettant à la fois une bonne compréhension de l’instrument et de la science de LISA.

Des bases en astrophysique, cosmologie et en traitement du signal seront également des atouts importants. Une bonne maîtrise de la programmation est recommandée. Spécialité du master: “Astronomie”, “AstroParticule” et/ou “Traitement du signal”

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : APC, Paris
Directeur(rice) de thèse/recherche : PETITEAU Antoine
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : petiteau@apc.univ-paris7.fr
Responsable Cnes de l'offre : PETITBON Isabelle

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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