La détection des ondes gravitationnelles (GW) par les interféromètres LIGO
et Virgo a ouvert une nouvelle ère pour les observations multimessagers, en
particulier la détection simultanée d’événements GW et de sursauts gamma
(GRB). Le premier événement GW détecté par LIGO le 14 septembre 2015
(Abbott et al., 2016c) était une fusion de trous noirs binaires (BBH). Jusqu’en
août 2017, neuf autres fusions de trous noirs ont été détectées lors des
campagnes d’observation O1 et O2. Mais l’objet le plus intéressant pour
l’astronomie multi messager a été la fusion de deux étoiles à neutrons (BNS)
détectée le 17 août 2017 (Andreoni et al., 2017). Cette fusion a été détectée
par divers détecteurs d’ondes électromagnétiques et a permis de confirmer
l’existence du modèle kilonova.
Mon travail de thèse a commencé par l’analyse d’images enregistrées par
les télescopes TAROT lors des campagnes O1, O2 pour essayer de détecter
de nouvelles sources optiques associées aux fusions de trous noirs (BBH).
J’ai développé la chaı̂ne d’analyse pour traiter les images TAROT. Aucun
transitoire optique n’a été détecté, mais la magnitude limite de l’événement
BBH du 14 août 2017 a apporté de nouvelles contraintes concernant le lien
hypothétique avec les sursauts gamma et a donné lieu à une publication (Noy-
sena et al., 2019). Les trois événements GW150914, GW170104 et GW170814
observés par TAROT nous ont permis de contraindre la valeur α < 10 −5 de la
fraction d’énergie émise par les ondes gravitationnelles convertie en lumière
optique. Une couverture d’environ 100% de la localisation de GW170814 a
été observée 0,6 jour après l’émission des ondes gravitationnelles sans signe
de transitoire optique. Cette limite, comparée à 147 courbes de lumière op-
tiques de GRB de redshift connus, a permis de conclure que 65% des GRBs
connus auraient été détectés si GW170814 avait été associé à un GRB.
La possibilité de détecter un transitoire optique a repris lorsque les interféro-
mètres GW ont effectué la campagne O3 entre le 1er avril 2019 et le 27 mars
2020. À la fin de la campagne O3, 56 fusions de trous noirs ou d’étoiles
à neutrons ont été détectées par LIGO et Virgo et 47 événements GW ont
été suivi par TAROT. Des milliers d’images ont été enregistrées et analysées
pour rechercher les transitoires optiques avec une chaı̂ne logicielle utilisant
des techniques de traitement décrites en détail dans ce manuscrit. Aucune
nouvelle source optique crédible associée aux événements GW n’a été trouvée.
34 circulaires GCN rapportant les limites de détection des observations op-
tiques ont été publiées dans les circulaires GCN. L’efficacité de conversion α
pour BNS, BBH et NSBH est respectivement de 2×10 −6 , 3×10 −7 et 2×10 −8 .
La limite de détection et le court délai pour commencer les observations op-
tiques avec TAROT nous ont permis de réduire fortement l’hypothèse de
l’association entre GW et GRBs en cas de fusion BBH. Cependant, nous
n’avons pas suffisamment de cas pour exclure définitivement l’association.
Cinq fusions d’étoiles à neutrons binaires ont été détectées pendant la cam-
pagne O3 mais aucune d’entre elles n’était plus proche que 100 Mpc, ce qui
est au-delà de la distance limite où TAROT pouvait détecter la kilonova as-
sociée. En conséquence, nous ne tirons pas de conclusion sur les observations
optiques de BNS.
Le suivi optique par TAROT a été une expérience pionnière, passionnante, et
nous avons ajusté la méthodologie événement après événement afin d’augme-
nter l’efficacité de la chaı̂ne de détection. Le fait d’avoir rejoind le groupe
GRANDMA nous a apporté plus d’opportunités pour détecter les transitoires
optiques pendant la campagne O3 et a donné lieu à deux articles scientifiques
publiés en collaboration (Antier et al., 2019, 2020). Un plus grand nom-
bre de détection d’ondes gravitationnelles et d’observations optiques seront
nécessaires dans le futur et nous sommes prêts à participer au suivi optique
des prochaines campagnes GW. |
The detection of gravitational waves (GW) from LIGO and Virgo interfer-
ometers opened a new era for multimessenger observations especially with
the coincident detection between GW events and gamma-ray burst (GRB)
detection. The first GW event detected by LIGO on the 14th September 2015
(Abbott et al., 2016c) was a binary black hole merger (BBH). Until August
2017 nine other mergers of black holes were detected during runs O1 and
O2. But the most interesting object for multimessenger astronomy was the
merger of two neutron stars (BNS) detected on 17 th August 2017 (Andreoni
et al., 2017). This merger was detected in various electromagnetic waves and
allowed to confirm the kilonova model.
This research started with the analysis of images recorded by the TAROT
telescopes during runs O1, O2 to detect new optical sources associated to
black hole mergers. The analysis pipeline was developed to process images
and none of optical transient detected but the limiting magnitude of the
particular BBH event of 14 th August 2017 gave new constraints about the
hypothetical link with gamma ray bursts (Noysena et al., 2019). Three GW
events; GW150914, GW170104 and GW170814 were observed with TAROT
allowing us to constrain α < 10 −5 , the fraction of energy emitted by gravita-
tional waves converted into optical light. An approximately 100% coverage
of localization of GW170814 was observed at 0.6 days after GW triggering
with no evidence of optical transient and 65% of 147 optical light curves of
GRBs known redshift were excluded.
The chance to observed optical transient began when GW interferometers
started the run O3 on 1 st April 2019 and the campaign ended on 27 th March
2020. At the end of run O3, 56 mergers of black holes or neutron stars
were detected by LIGO and Virgo and 47 GW events was followed-up by
TAROT, thousands of images were searched and analyzed for transient by
pipeline using processing techniques described in this manuscript. No new
credible optical source associated to GW events was found and 34 GCN cir-
culars reporting optical observations were published to GCN network. The
conversion efficiency α for BNS, BBH, and NSBH is at 2 × 10 −6 , 3 × 10 −7
and 2 × 10 −8 respectively. The limiting magnitude and the short delay to
start optical observations allow us to reduce severely the hypothesis of the
association between GW and GRBs in case of BBH mergers. However, we
have not enough number of cases to exclude definitively the association.
Five binary neutron star mergers were detected before the end of GW obser-
vation but none of them was closer than 100 Mpc which is beyond limiting
distance where TAROT could detect the associated kilonova. As a conse-
quence, no conclusion to derive any relevant with BNS optical observations.
The optical follow up by TAROT was a pioneering experience with a lot
of exciting jobs to adjust event after event to increase the efficiency of the
detection pipeline. Joining the GRANDMA group brought more opportu-
nity to detect optical transient during run O3 and result in scientific papers
published by Antier et al. (2019, 2020). More GW counterparts and opti-
cal observations are needed and we are ready to participate to the optical
follow-up of the next GW runs. |