« We did it again...but this time we all did it! »
(Dave Reitze, Executive director, LIGO Laboratory, Caltech
Conférence de presse du 16/10/17 à la NSF)
Petit résumé des contributions des équipes de l’APC aux observations de cet événement exceptionnel!
Cette image compare les différentes localisations dans le ciel de l’événement transitoire détecté le 17 août 2017 : à partir des signaux d’ondes gravitationnelles détectés par le réseau global de trois détecteurs Virgo-LIGO (régions colorées en vert) ; en utilisant le sursaut gamma enregistré par les satellites Fermi et INTEGRAL (région colorée en bleue) ; avec le télescope Swope qui le premier a découvert la contrepartie optique. Les encarts sur la droite montrent la galaxie NGC4993 : sur l’image du haut, prise presque 11 heures après les détections des ondes gravitationnelles et du sursaut gamma, une nouvelle source lumineuse (marquée par la mire) est visible ; elle est par contre absente de la photo du bas, prise environ trois semaines avant l’événement.
LIGO-Virgo
GW170817 est la première détection d’ondes gravitationnelles par une coalescence d’étoiles à neutrons. Les conséquences de cette découverte sont détaillées dans une dizaine de publications :
https://www.ligo.caltech.edu/page/detection-companion-papers
Les contributions de l’équipe APC à Advanced Virgo et à l’analyse des données LIGO-Virgo sont détaillées ici
L’APC à été en première ligne sur l’analyse des résultats de GW170817 et aussi sur l’écriture des deux papiers principaux de la Collaboration LIGO-Virgo.
ANTARES, le télescope à neutrinos de haute énergie installé à 2500m de profondeur au large de Toulon (antares.in2p3.fr) fait parti du groupe de suivi rapide des alertes envoyées par LIGO et Virgo depuis la première détection en 2015 et l’équipe de l’APC joue un rôle central dans les analyses rapides puis plus fines des données coïncidentes avec les détections d’ondes gravitationnelles.
Quelques heures après l’alerte, ANTARES publiait une première notice GCN (#21522, privée à l’époque) sur la non-détection de contrepartie neutrino dans les données dites online (issues d’une reconstruction préliminaire des muons montants dans le détecteur et sur lesquelles sont appliquées des coupures de sélection drastiques). Au moment de l’alerte, la localisation préliminaire de l’événement gravitationnel était telle que sa zone d’incertitude avait environ 40% de recouvrement avec le champ de vue nominal d’ANTARES. Le raffinement de la localisation ainsi que la détection de contreparties électromagnétiques ont placé l’origine de l’alerte au dessus de l'horizon du détecteur, zone considérée comme aveugle car saturée de muons d’origine atmosphérique. L’équipe de l’APC a alors développé une analyse spéciale permettant de sonder cette région, tout en incluant un nouveau type d’événements issus de gerbes de particules dans le détecteur, ce qui permit de confirmer la non détection dans la notice GCN #21631 moins de 4 jours après l’alerte et de publier aujourd’hui, conjointement avec IceCube, Auger et LIGO-Virgo une limite sur le flux de neutrino de haute et extrêmement haute énergie de cette première détection de la fusion d’étoiles à neutrons et du sursaut 
gamma associé.
Contour rouge: localisation à 90% de niveau de confiance de l’origine de l’onde gravitationnelle
Croix noire: direction de la Galaxie hôte NGC4993
Diamants bleus (ANTARES) et Croix vertes (IceCube): direction des événements candidats neutrinos détectés pendant +-500s autour de l’événement OG
Lignes pointillées: délimitation des hémisphères de visibilité d’ANTARES (bleu) et IceCube (vert). L’hémisphère privilégié habituellement est le « up-going » et comme l’événement n’est pas dedans nous avons développé les outils pour regarder aussi les « down-going ».
Bandes bleutées: zone sensible pour AUGER au moment de l’Alerte.
Limites sur la fluence spectrale (lignes noires) et prédictions de certains modèles (couleurs ) en fonction de l'énergie de neutrinos au moment de l’alerte (haut) et sur une période étendue de 14jours après l’alerte (bas).
Les différents chiffres associés aux courbes correspondent à différentes hypothèse de l’inclinaison du jet du sursaut gamma par apport à la ligne de visée
Les membres Antares/KM3NeT à l’APC*
Julien Aublin, Théodore Avgitas, Bruny Baret*, Jean-Pierre Baronick, Simon Bourret, Boutonnet Cédric Champion, Claude, Daniel Cobas, Joao Coelho, Alexis Coleiro*, Marta Colomer, Stéphane Colonges, Alexandre Creusot, Corinne Donzaud*, Pascal Gay, Timothée Grégoire*, Antoine Kouchner*, Cyril Lachaud, Rémi Lebreton, Lindsey Clark Miles, Sotiris Loucatos, Christine Nielsen, Bertrand Vallage, Véronique Van Elewyck (responsable du groupe).
*impliqués dans la détection
Le réseau de télescopes H.E.S.S. a participé à cette première campagne multi-messagers historique, démontrant qu'il possède une réactivité suffisante pour contraindre l'émission non thermique gamma de très haute énergie d'un évènement cataclysmique à l'origine d'un signal d'onde gravitationnelle.
La figure ci-dessus montre les régions identifiées comme étant hautement probables pour le recherche de contreparties, et qui ont été des cibles de choix pour H.E.S.S. La première de ces régions contient la contrepartie SSS17a qui a été identifiée dans le domaine optique plusieurs heures après les observations H.E.S.S. Nous présentons donc ici les premières données de cet objet par un télescope au sol pointant sa cible. Suite à cette première observation, une campagne de suivi a été mise en place par la collaboration H.E.S.S. pendant plusieurs jours, couvrant des échelles de temps de 0.22 à 5.2 jours et des énergies de 270 GeV à 8.55 TeV. Aucune émission gamma significative n'a été détectée. Ces observations ont permis de dériver la première limite supérieure du flux gamma de très haute énergie émis dans les heures et jours qui suivent la coalescence du premier système de deux étoiles à neutrons jamais détecté par les ondes gravitationnelles.
L'équipe gamma de l'APC est fortement impliquée dans le développement et l'analyse des données du réseau H.E.S.S. depuis ses débuts (2002) et possède une expertise histoire dans les domaines des très hautes énergies. Sa participation aux développements d'outils d'analyse efficaces, ainsi qu'aux études multi-longueur d'onde des sources Galactiques et Extragalactiques ont largement contribué à cette réussite historique. Sa position au sein du groupe AHE multi-messagers regroupant les équipes INTEGRAL, ANTARES, KM3Net, TARANIS, ATHENA, JEM_EUSO et SVOM, ainsi que la proximité des équipes LIGO-VIRGO et LISA au sein du laboratoire APC permet des échanges privilégiés et une coordination essentielle à l'avènement de l'Astrophysique multi-messagers.
Les membres HESS à l'APC
Arache Djannati-Atai, Stefano Gabici, Léa Jouvin, Marion Jacob, Bruno Khélifi, Anne Lemière, Santiago Pita, Régis Terrier
Une alerte a été donnée le 17 août dernier par l’instrument GBM à bord de Fermi. L’équipe a annoncé la détection d’un sursaut gamma (GRB) court, via leur système d’alerte automatique. Parallèlement, un signal clair était détecté dans les données du détecteur LIGO Handford, ensuite confirme par LIGO Livingston et Virgo. Une circulaire annonçant la coïncidence de ces évènements a été rapidement diffusée. Peu après, Volodymyr Savchenko (qui a passé trois années à l'APC et qui est maintenant le responsable du suivi ondes gravitationnelles pour INTEGRAL) a envoyé une circulaire GCN « privé », c’est-à-dire réservée aux chercheurs de LIGO/VIRGO et à ceux qui sont dans l’équipe suivi multi-messager, annonçant la détection par l’anti-coïncidence de SPI à bord d’INTEGRAL.
Il s'agit de la première détection d’une fusion de deux étoiles à neutrons par les détecteurs LIGO et VIRGO en parallèle à la détection d’un sursaut gamma court, dû à l’émission électromagnétique induite par la fusion, et détecté par INTEGRAL/SPI et FERMI/GBM.
INTERGRAL a observé un flash gamma durant 100 ms avec INTEGRAL/SPI. Ce flash était en parfaite coïncidence avec le flash gamma aussi observé par l’instrument GBM à bord de Fermi. Par contre, ces deux flashes, qui peuvent s’appeler sursauts gamma courts, sont arrivés sur Terre environ deux secondes après l’onde gravitationnelle. Nous avons pu déterminer une première zone où pourrait se trouver la source par triangularisation à partir des temps d’arrivée des photons gamma vers Fermi et INTEGRAL (voir figures ci-dessous issues du papier INTEGRAL, Savchenko et al., et du papier multi-messager, bien sûr ces figures sont sous embargo jusqu’au 16 octobre). Puis, lorsque LIGO et VIRGO ont affiné leur localisation, les observations à d’autres longueurs d’onde ont pu être effectué, en particulier en optique avec une détection de la contrepartie optique et de la galaxie hôte.
Plusieurs chercheurs APC ont contribué à la mission INTEGRAL depuis le début de la mission, comme membres du consortium international en charge du télescope IBIS et en recouvrant des responsabilités importants (Co-investigateur principal de l'instrument IBIS, superviseur scientifique européen). L'équipe Integral d'APC a contribué et contribue encore à la maintenance en vol d'IBIS, à son étalonnage, au maintien de ses logiciels spécifiques au centre de données d'INTEGRAL (ISDC) et au traitement scientifique des données de la mission en portant l'intérêt sur plusieurs axes de recherches, impliquant notamment des trous noirs stellaire ou massifs, des étoiles à neutrons et des sursauts gamma. Enfin la recherche de sources gamma de type transitoire associées à des évènements d'ondes gravitationnelles par l'analyse des différentes données de la mission, dont le système de anti-coïncidence du spectromètre SPI, a été développé en partie au FACe/APC entre 2014-2016, financé par le CNES. Actuellement l'équipe APC d'INTEGRAL est formée par P. Laurent (Responsable), A. Goldwurm, R. Terrier.
Les membres Integral à l’APC
François Lebrun, Philippe Laurent, Andrea Goldwurm, Paolo Goldoni, Jacques Paul, Volker Beckmann, Régis Terrier, Isabel Caballero, Maurizio Falanga, Karsten Kretschmer, Lin Lin, Simona Soldi, Volodymir Savchenko, Sandra De Jong, Guillaume Trap
Voir communiqué de presse du CNRS
Revoir la conférence de presse du 16 octobre à Washington