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SVOM/mini-GWAC, suivi rapide de la 3ème détection d’onde gravitationnelle

La détection par la collaboration LIGO-Virgo de la 3ème source d’onde gravitationnelle (le 4 janvier 2017, dénommée GW170104) vient de confirmer l’existence de trous noirs stellaires d’une masse supérieure à 20 fois la masse du Soleil. Les deux trous noirs, en orbite, ont fini par se fondre en un seul astre compact de près de 50 masses solaires. Au cours de cette fusion, une quantité énorme d’énergie sous forme d’onde gravitationnelle, prédite par la théorie de la relativité générale, a été émise et finalement détectée sur Terre par les deux interféromètres du réseau LIGO. Cet évènement est le troisième enregistré par cette expérience depuis celui, retentissant, de septembre 2015.

La recherche d’une contrepartie électromagnétique d’une onde gravitationnelle constitue depuis leur découverte un défi, tant sur l’aspect observationnel que théorique. Elle est au cœur de l’activité de nombreux programmes, multi-longueurs d’onde au sol comme dans l’espace. La mission SVOM a dans ce cadre démarré un programme de surveillance des candidats d’onde gravitationnelle avec son réseau de détecteurs optiques SVOM/Mini-GWAC, précurseur d’un instrument plus élaboré partie prenant de la mission SVOM.

Suite à la réception de l’alerte du candidat GW170104, le réseau SVOM/mini-GWAC a conduit quelques heures plus tard une recherche de contrepartie dont les étapes sont exposées ci-dessous:

Le dispositif SVOM/Mini-GWAC, situé sur le site de Xinglong en Chine, couvre un champ de vue de 5000 degrés carrés. Il est constitué d’un système de six montures, chacune équipée de deux caméras (Canon 85 / f1.2). L’objectif du réseau Mini-GWAC est de surveiller chaque nuit le ciel à la recherche de sources variables. Cette stratégie s’appuie sur un algorithme en temps réel et la limite en magnitude est de 12 pour un temps d’exposition de 15 sec. Le réseau d’alerte mini-GWAC impose que pour toute détection potentiellement crédible, un suivi soit opéré par deux télescopes, robotiques, de 60 cm de diamètre afin de mieux contraindre la nature du candidat. Crédit: NAOC

Le dispositif SVOM/Mini-GWAC, situé sur le site de Xinglong en Chine, couvre un champ de vue de 5000 degrés carrés. Il est constitué d’un système de six montures, chacune équipée de deux caméras (Canon 85 / f1.2). L’objectif du réseau Mini-GWAC est de surveiller chaque nuit le ciel à la recherche de sources variables. Cette stratégie s’appuie sur un algorithme en temps réel et la limite en magnitude est de 12 pour un temps d’exposition de 15 s. Le réseau d’alerte mini-GWAC impose que pour toute détection potentiellement crédible, un suivi soit opéré par deux télescopes, robotiques, de 60 cm de diamètre afin de mieux contraindre la nature du candidat. Crédit: NAOC

GW170104

Le signal de l’onde gravitationnelle GW170104 a été détecté le 4 janvier 2017 à 10:11:58 UTC par la collaboration LIGO-Virgo, plus précisément par les deux interféromètres du réseau LIGO, Hanford and Livingston, situés aux Etats-Unis. L’analyse des signaux reçus a permis de déterminer que l’évènement observé résulte de la coalescence ou fusion d’un couple de deux trous noirs stellaires de masse respective 31,2 (+8,4;−6,0) and 19.4 (+5,3;−5,9) masses solaires. La distance estimée est de 880 (+450;−390)  Mpc ce qui correspond à un redshift ou décalage vers le rouge de z=0,18 (+0,08;−0,07). Le signal et son degré de confiance associé (signal de SNR ou rapport signal sur bruit de 13) équivaut à une fausse alarme déclenchée (pour un tel signal) en 70 000 ans.

Chronologie et précision de localisation de GW170401

L’alerte GW170401 a été communiquée à la communauté avec un délai de 6,3 h, conduisant à une évaluation initiale de la boite d’erreur ou incertitude dans la position céleste de la source (avec un critère de confiance de 90%) sur le ciel de 2 065 deg2.  Cette valeur a pu être réduite de 22% quatre mois plus tard.

Réaction et suivi de SVOM

Dès l’alerte connue (6h après le déclenchement, ou dans ce cas précis 4 heures après le début du ciel nocturne en Chine), le réseau Mini-GWAC a couvert 80% la boite d’erreur grâce à une série de 14 expositions avec des temps d’exposition variables. Les résultats du suivi de GW170401 par SVOM/Mini-GWAC, unique dans le domaine optique dans un lapse de temps si court après l’alerte, a fait l’objet d’une communication.

Carte d’exposition de SVOM/Mini-GWAC (rectangles en couleur jaune) superposée à la boite d’erreur de GW170104. L’échelle de couleur est une représentation de la probabilité de la position de la source à l’origine du signal d’onde gravitationnelle détectée par LIGO. Credit@SVOM

Carte d’exposition de SVOM/Mini-GWAC (rectangles en couleur jaune) superposée à la boite d’erreur de GW170104. L’échelle de couleur est une représentation de la probabilité de la position de la source à l’origine du signal d’onde gravitationnelle détectée par LIGO. Credit@SVOM

Aucune contrepartie optique dans la boite d’erreur de GW170401 n’a pu être établie à partir de ce suivi rapide par SVOM/Mini-GWAC. Le système complet GWAC, avec des performances supérieures (magnitude limite de 16 versus 12 avec sa version prototype), sera opérationnel fin 2017.
La science de SVOM est en marche !

L’équipe SVOM mutli-messagers devant le système GWAC. Cette version améliorée des mini-GWACs avec une magnitude limite de 16 sera opérationnelle à la fin de l’automne 2017. crédit@SVOM

L’équipe SVOM multi-messagers devant le système GWAC. Cette version améliorée des mini-GWACs avec une magnitude limite de 16 sera opérationnelle à la fin de l’automne 2017. crédit@SVOM

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Auteur : CEA-Irfu