F u t u r e I n s t r u m e n t f o r G r a v - PowerPoint PPT Presentation

F u t u r e I n s t r u m e n t f o r G r a v i t a t i o n a l Wa v e A s t r o n o m y R o m a i n B o n n a n d L a b o r a t o i r e d ’ A n n e c y d e P h y s i q u e d e s P a r t i c u l e s , C N R S . S é m i n a i r e D a u t r e p p e 2 0 1 8 – G r e n o b l e .

I n t r o d u c t i o n G r a v i t a t i o n a l w a v e s a s t r o n o m y h a s ● j u s t s t a r t e d . . . … w e a l r e a d y n e e d t o t h i n k a b o u t ● t h e f u t u r e o f t h e f i e l d . I f w e w a n t t o c a t c h m o r e ● g r a v i t a t i o n a l w a v e s w e n e e d t o i m p r o v e t h e d e t e c t o r s s e n s i t i v i t y : A c t u a l c a p a c i t y w i l l r e a c h t h e i r – ⇒ p o t e n t i a l l i m i t 3 G d e t e c t o r s . – F r o m 2 G t o 3 G d e t e c t o r s . From Pushing towards the ET sensitivity using ‘conventional’ Technology - Stefan Hild et al. - arXiv:0810.0604v2 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 2

A b i t o f h i s t o r y E i n s t e i n T e l e s c o p e D e s i g n s t u d y f u n d e d b y t h e E C i n F P 7 ( 2 0 0 8 - 2 0 1 1 ) . ● E i n s t e i n T e l e s c o p e C o n c e p t u a l D e s i g n S t u d y i s s u e d i n 2 0 1 1 : h t t p : / / w w w . e t - g w . e u / i n d e x . p h p / e t d s d o c u m e n t – I n v o l v e d F r a n c e , G e r m a n y , I t a l y , N e t h e r l a n d s , U K . ● E T c o m m u n i t y n o w i n c l u d e s H u n g a r y , P o l a n d , S p a i n . ● 9 t h E T s y m p o s i u m h a p p e n e d i n A p r i l 2 0 1 8 @ E G O : ● – T h e f o c u s o f t h e m e e t i n g i s t h e c r e a t i o n o f t h e E T c o l l a b o r a t i o n , t h e d e f i n i t i o n o f t h e s t r a t e g y f o r t h e s u b m i s s i o n o f t h e E T p r o p o s a l t o t h e 2 0 2 0 u p d a t e o f t h e E S F R I r o a d m a p . We w i l l d i s c u s s t h e f u t u r e o f t h e G W a s t r o n o m y a n d a s t r o p h y s i c s . – h t t p s : / / e v e n t s . e g o - g w . i t / i n d i c o / c o n f e r e n c e D i s p l a y . p y ? o v w = T r u e & c o n f I d = 6 4 P r o j e c t i n c l u d e s i n v a r i o u s r o a d m a p ( G WI C , A P P E C , O E C D , … ) . ● L e t t e r o f I n t e n t i s s u e d i n A p r i l 2 0 1 8 . ● – h t t p : / / w w w . e t - g w . e u / i n d e x . p h p / l e t t e r - o f - i n t e n t 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 3

E i n s t e i n T e l e s c o p e m a i n i d e a s 1 0 x b e t t e r s e n s i t i v i t y t h e n 2 G d e t e c t o r s . ● S t a n d - a l o n e o b s e r v a t o r y : ● – Wi d e f r e q u e n c y , w i t h s p e c i a l a t t e n t i o n t o l o w f r e q u e n c y ( f e w H Z ) . S t e l l a r m a s s B l a c k H o l e s ● C a p a b l e t o w o r k a l o n e ( c h a r a c t e r i s t i c s t o b e – e v a l u a t e d a g a i n ) : L o c a l i z a t i o n c a p a b i l i t y ( p o o r ) ● G r a v i t a t i o n a l w a v e p o l a r i z a t i o n ● H i g h d u t y c y c l e : r e d u n d a n c y ● 5 0 - y e a r s l i f e t i m e o f t h e i n f r a s t r u c t u r e . – C a p a b l e t o h o s t t h e u p g r a d e s o f t h e h o s t e d ● d e t e c t o r s 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 4

F r o m 2 G t o 3 G d e t e c t o r s : A d V + : ● S h o r t t e r m e v o l u t i o n o f A d v a n c e d V i r g o . – P u s h i n g t h e a c t u a l s i t e t o m a x i m u m – s e n s i t i v i t y . – 2 p h a s e s p r o p o s a l ( B N S r a n g e 1 6 4 M p c & 3 0 3 M p c ) . E i n s t e i n T e l e s c o p e : ● N e w s i t e . – F a c t o r 1 0 i m p r o v e m e n t i n s e n s i t i v i t y w r t A d V – ( B N S r a n g e 2 1 1 0 M p c ) . – E T c o n c e p t u a l d e s i g n i s s u e d i n M a y 2 0 1 1 . E T w i l l b e a m u c h b r o a d e r c o l l a b o r a t i o n t h a n – V i r g o . 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 5

Wh a t i s l i m i t i n g t h e 2 G d e t e c t o r s ? ⇒ L o w f r e q u e n c y s u s p e n s i o n t h e r m a l n o i s e ● ( + g r a v i t y g r a d i e n t & r a d i a t i o n p r e s s u r e ) . = = > n e w s u s p e n s i o n s , c r y o g e n i c d e t e c t o r s . ⇒ M e d i u m f r e q u e n c y C o a t i n g t h e r m a l n o i s e . ● = = > n e w c o a t i n g ? M a t e r i a l s ? ⇒ H i g h f r e q u e n c y q u a n t u m n o i s e ( s h o t ● n o i s e ) . = = > h i g h e r p o w e r , s q u e e z e d l i g h t . 3 G d e t e c t o r s a i m e d a t f a c t o r 1 0 i m p r o v e m e n t ● a t a l l f r e q u e n c i e s . 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 6

A n u n d e r g r o u n d x y l o p h o n e d e t e c t o r ! I m p r o v i n g l o w a n d h i g h ● f r e q u e n c i e s s e n s i t i v i t y i n a s i n g l e d e t e c t o r i s v e r y c h a l l e n g i n g : – H F r e q u i r e s h i g h e r p o w e r . L F r e q u i r e s c o l d m i r r o r s . – B u i l d i n g 2 s p e c i a l i z e d ● d e t e c t o r s t o c o v e r l o w a n d h i g h f r e q u e n c i e s . 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 7

E T – L o w F r e q u e n c y Q u a n t u m n o i s e : ● 1 8 k W ( a r m p o w e r ) , d e t u n e d S i g n a l - – R e c y l i n g , 1 0 d B f r e q u e n c y d e p e n d e n t s q u e e z i n g , 2 1 1 k g m i r r o r s , 1 5 5 0 n m . S e i s mi c : ● 1 7 m S u p e r a t t e n u a t o r . – G r a v i t y g r a d i e n t : ● U n d e r g r o u n d . – M i r r o r t h e r ma l : ● 1 0 K , S i l i c o n , 9 c m b e a m r a d i u s , T E M 0 0 . – S u s p e n s i o n T h e r ma l : ● P e n u l t i m a t e m a s s @2 K , 3 m m d i a m e t e r – s i l i c o n f i b r e s , 2 m l o n g . 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 8

E T – H i g h F r e q u e n c y Q u a n t u m n o i s e : ● 3 M W ( a r m p o w e r ) , 2 0 0 k g f u s e d s i l i c a – m i r r o r s , 6 3 c m Ø . t u n e d S i g n a l - R e c y l i n g , 1 0 d B S q u e e z i n g , S u s p e n s i o n T h e r ma l a n d S e i s mi c : ● S u p e r a t t e n u a t o r ( s t a n d a r d V i r g o ) – G r a v i t y g r a d i e n t : ● N o s n e e d e d – u b t r a c t i o n T h e r ma l n o i s e : ● 2 9 0 K , 1 2 c m b e a m r a d i u s , – f u s e d S i l i c a , L G 3 3 . 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 9

X y l o p h o n e d e t e c t o r s e n s i t i v i t y 05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 10