Advanced Virgo (detektor fal grawitacyjnych) Andrzej Królak IM PAN / NCBJ W imieniu zespołu Polgraw -Virgo 1
Dlaczego poszukujemy fal grawitacyjnych? 1. Bardzo dokładny test ogólnej teorii względności Einsteina i wskazówki co do nowej teorii, która jest potrzebna do wyjaśnienia problemu osobliwości czasoprzestrzeni. 2. Astronomia fal grawitacyjnych. Fale grawitacyjne (FG) otworzą nowe okno na Wszechświat 2
Źródła fal grawitacyjnych dla naziemnych detektorów 3
Globalna sieć detektorów fal grawitacyjnych (Obecnie detektory są ulepszane, powstają advanced LIGO i Virgo oraz KAGRA) KAGRA Kamyoka Japan 3km interferometr Under construction The International Network of GW Detectors 4
Polgraw-VIRGO Institytucje w Polsce: Białystok: UwB Toruń: UMK Warsaw: CAMK, IMPAN, NCBJ, OA UW Zielona Góra: WFiA UZ Uczestnicy: 5 pr. naukowych, 1 inżynier, 2 doktorantów, 3 pr. technicznych Główny wkład: Analiza danych, inżynier elektronik, system próżniowy Główne zadania: Analiza danych, astrofizyka, organizacja spotkań i konferencji Zielona Góra Finansowanie: 2010-2014 (granty NCN, Fundacji Nauki Polskiej) Toruń 5 5
Projekt Virgo Detektor fal grawitacyjnych Virgo jest intereferometrem laserowym Michelsona o długości ramion 3 km, umieszczonym w wysokiej próżni, posiada doskonałą izolację sejsmiczną i wysokiej jakości optykę. Jest czuły w zakresie od 10Hz do 6kHz. Virgo jest francusko-włoskim projektem zarządzanym przez CNRS i INFN poprzez konsorcjum European Gravitational Observatory EGO). W Virgo bierze udział ponad 200 naukowców z 19 laboratoriów we Francji, Włoszech jak również na Węgrzech, Holandii i Polsce. Obecnie detektor jest ulepszany i powstaje detektor advanced Virgo, który docelowo ma być 10 razy czulszy. Virgo jest na mapie drogowej ASPERA. Polski zespół Polgraw dołączył do Virgo w kwietniu 2008 r. Członkowie Virgo maja pełen dostęp do danych z amerykańskich detektorów LIGO Wszelka analiza danych z detektorów LIGO i VIRGO jest prowadzona wspólnie i wszystkie publikacje są podpisywane przez listy autorów z obu projektów. 6
Udział członków zespołu Polgraw w organach Virgo 1. Członkostwo w tzw. Virgo Steering Committee, który koordynuje działalność Kolaboracji Virgo - A.K. 2. Przewodnictwo (z ramienia projektu Virgo) jednej z czterech, wspólnych dla projektów LIGO Virgo, grup analizy danych - tzw. CW group (zespołu zajmującej sie poszukiwaniem fal grawitacyjnych z rotujących gwiazd neutronowych) i członkostwo Rady Analizy Danych (Data Analysis Council) projektów LIGO i Virgo - A.K. 3. Przewodnictwo (z ramienia projektu Virgo) komitetu przeglądowego prac tzw. Burst group (zespołu zajmującego się poszukiwaniem impulsowych sygnałów fal grawitacyjnych, np. z wybuchów supernowych) - T. Bulik. 7
v ~30.2Hz Fale grawitacyjne ze znanych pulsarów Ograniczenia na amplitudę fali grawitacyjnej: Crab (ApJ, 713, 671, 2010), LIGO S5 data, analiza Bayesowska <2% promieniowanej energii w FG v ~11.2Hz Vela (ApJ, 737, 93, 2011), Virgo VSR2 data, analiza Bayesowska, F-statystyka <35% promieniowanej energii w FG Poszukiwanie w danych S6/VSR4 zakończone, prace w przygotowaniu. 8
Wspólpraca LIGO-VIRGO (ok. 700 osób) Polgraw ma 7 autorów
Poszukiwanie FG z nieznanych gwiazd neutronowych w całej Galaktyce Ze względu na b. słaby sygnał FG i dużą przestrzeń parametrów analiza ta wymaga ogromnych mocy obliczeniowych W pracy członków zespołu (P. Jarnowski, A. Królak i B. F. Schutz, Phys. Rev. D58:063001, 1998) została wyprowadzona tzw. F-statystyka, metoda powszechnie używana w poszukiwaniu fal grawitacyjnych z rotujących gwiazd neutronowych. Jest ona stosowana przez projekt Einstein@Home w ramach którego setki tysięcy komputerów domowych poszukują w tych fal w danych z detktorów LIGO. Zespół Polgraw rozwinął własne oprogramowanie (wykorzystujące F-statystykę), przy pomocy, którego analizowane są obecnie dane Virgo (publikacja jest w przygotowaniu). W naszych obliczeniach wykorzystujemy moce obliczeniowe w kraju -dwa dedykowane klastry w IMPAN i WFiA UZ oraz zasoby Cyfronetu, -za granicą centra obliczeniowe Virgo (Bologna) i LIGO (CalTech, Hannover). Do analizy danych advanced LIGO i Virgo będziemy używać dużych mocy obliczeniowych dostępnych w kraju (NCBJ) i za granicą (centra obliczeniowe Helmholtz Association w Niemczech, gdzie uruchamiamy zrównolegloną wersję naszych kodów już na 16tys rdzeni obliczeniowych równocześnie). 10
Poszukiwanie fal grawitacyjnych ze zlewających się układów podwójnych Układy podwójne gwiazd neutronowych Advanced LIGO: do 200Mpc Advanced Virgo do 130Mpc VIRGO VSR2 LIGO - S6 VIRGO VSR4 2011 VIRGO VSR3 11
Zlewające się układy czarnych dziur i gwiazd neutronowych (Poszukiwanie w zakresie całkowitej masy 2-100 ) Obserwacje Przewidywania M c = 5 Zakres 10-100 Poszukiwania w danych LIGO i Virgo (2012): R O = 5.9 x 10-7 Mpc -3 Myr -1 Przewidywania: Bulik, Belczynski i Prestwich (2010): R T = 3.6 x 10-7 Mpc -3 Myr -1 (Na podstawie przewidywania, że dwa systemy IC10 and NBC300 staną się układami czarnych dziur o masie M t :25.5-59 ) Ta górna granica jest 50% powyżej teoretycznych przewidywań. Ponadto w analizie danych nie uwzględniono dużych nierównoległych spinów czarnych dziur i wyższych harmonik. 12
Multimessenger astronomy 13
Wspólne obserwacje detektorów LIGO i Virgo oraz obserwacji optycznych, rentgenowskich i radiowych : triggery z detektorów FG przesyłane do teleskopów Winter/Summer Run Only Summer Run Teleskopy optyczne Publikacja na temat obserwacji wkrótce Obserwacje TAROT SOUTH/NORTH 1.86 X 1.86 FOV Zadko 25 X 25 arcmin FOV ROTSE 1.85 X 1.85 FOV QUEST 9.4 square degree FOV SkyMapper 5.6 square degree FOV Pi of the Sky 20 X 20 FOV Palomar Transient Factory 7.8 square degree FOV Liverpool telescope 4.6 X 4.6 arcmin FOV Swift Satellite 0.4 X 0.4 FOV Obserwacje radiowe LOFAR 10 250 MHz 14 7
First EM follow-up observations to low-latency GW signals in last LIGO/Virgo science run (2009/2010) Acquire and Transfer Data A&A 539, A124 January 9, 2013 AAS Long Beach 15
Aktualne działania Ligo Scientific Community (LSC) i Virgo LSC VIRGO: 1. Szczegółowe plany poszukiwania FG z poszczególnych źródeł w danych z detektorów advanced LIGO i Virgo, gdy zaczną one działać. W planach są umieszone dwa programy (pipelines) zespołu Polgraw dotyczące poszukiwań FG z rotujących gwiazd neutronowych. 2. Przygotowany jest dokument na temat planu pracy, czułości i dokładności detektorów advanced LIGO i Virgo. Zaproszenie do wspólnych obserwacji (open call) do innych projektów. VIRGO: 1. Wniosek o tzw. Recognized Experiment at CERN 2. Inicjatywa przekształcenia konsorcjum CNRS i INFN European Gravitational Observatory (EGO), do którego należy detektor Virgo w European Research Infrastructure Consortium (ERIC) według prawa EU. Polska jest zaproszona do udziału w tym konsorcjum. 16
Koniec Detektor VIRGO
Extra slides
Timeline for present and future projects Advanced LIGO, Advanced VIRGO, KAGRA funding approved, LIGO-India proposed Japanese KAGRA similar schedule to Advanced LIGO and VIRGO 19
20