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Einstein@Home : explication de la recherche S5 R3 par Reinhard Prix

Le texte suivant est une traduction d'un message d'explication de Reinhard Prix post-doctorant à l'Institut Albert Einstein de Golm (petite ville située à proximité de Berlin) et membre de l'équipe de recherche du projet Einstein@Home :

Permettez-moi de vous fournir un résumé de "l'évolution" de nos stratégies de recherche utilisées dans les simulations successives. Pour un aperçu légèrement plus global de la situation actuelle, il existe une présentation sur E@H [présentée récemment lors d'une conférence sur l'astronomie et les pulsars] que vous pourriez trouver intéressante :
G070593-03.pdf

L'étape clé, qui a débuté avec la série S5 R2, avait pour but de transférer une partie du post-traitement de nos serveurs vers les ordinateurs du projet E@H : les recherches précédentes effectuaient une (voire deux) analyse(s) des "statistiques-F" sur les ordinateurs avant de renvoyer les résultats. Ces recherches ont été effectuées sur un certain nombre (entre 17 et 60 dans les différentes simulations) d'intervalles de temps différents ("empilements"), auxquelles nous avons associé un "système de coïncidence" dans la phase de post-traitement sur le serveur. Les données (soit le nombre de candidats) autorisées à être renvoyées par chaque ordinateur au serveur est limité, et il s'est avéré que ce fut le principal facteur limitant notre sensibilité réalisable.


La nouvelle stratégie de recherche dite "Hiérarchique", utilisée depuis la S5 R2, effectue des analyses sur les statistiques-F et ce pour 84 empilements distincts, puis l'ordinateur combine les résultats à l'aide d'un système de coïncidence sophistiqué (Transformée de Hough), et c'est seulement ensuite qu'il renvoie les résultats au serveur. Cela évite le goulot d'étranglement observé au retour des données des précédentes simulations et augmente substantiellement la sensibilité espérée (d'un facteur 6 environ !)

Suite au nouveau code et à la nouvelle technique de recherche, la première recherche hiérarchique souffrait de certaines limites (trop technique pour entrer dans le détail des explications) lors de la création des unités de travail. Ces limites ont été surmontées dans la S5 R3 par le quadrillage du ciel, de telle sorte que chaque unité de travail ne recherche que dans une seule de ces zones pré-découpées à la fois.

En résulte une avancée substantielle de la recherche actuelle, ce qui promet une sensibilité sans précédent dans la recherche des ondes gravitationnelles émises par les étoiles à neutrons en rotation. Néanmoins, nous travaillons déjà aux prochaines améliorations de cette technique, qui devrait nous permettre une augmentation de la distance des étoiles à neutrons en rotation pouvant être détectées (à savoir en augmentant l'éventail de fréquence des décroissances rotationnelles (spin-downs) recherchées)

 

La nouvelle recherche hiérarchique [S5 R3]

Einstein@home (E@H) vient de lancer une nouvelle recherche hiérarchique (dite S5 R3, l'ancienne phase était dénommée S5 R2). La principale amélioration de cette recherche tient dans la combinaison des empilements cohérents Nstacks sur les ordinateurs avant de retourner les résultats. Ceci permet d'utiliser le seuil optimal de 2Fth = 5,2 pour les empilements cohérents (stacks), qui avait été précédemment fixé à hauteur de 2Fth ~ 25 afin de limiter le volume des données retournées au serveur d'E@H. Le seuil minimum (combiné avec un volume de données plus important) a pour résultat une amélioration conséquente de la sensibilité, comme illustré dans le Tableau 1 et sur le Graphique 1

Sensibilité estimée : la plus petite amplitude h0 d'une onde gravitationnelle détectable en moyenne avec une fausse alarme fA = 3 × 10−13, une fausse révocation fD = 10%, et une discordance des formats MM=0,5 :

Tableau 1: principaux paramètres et sensibilité estimée (1) des recherches E@H successives. Le seuil le plus bas, 2Fth est atteint pour la S5 R3 ce qui constitue une importante amélioration de la sensibilité.

Série
Nstack
Tstack
Ndet
2Fth
sensibilité
(h0)meilleur
S3 R2
60
10 h
1
25
7,3
8 x 10-24
S4 R2
17
30 h
1
26*
8,4
6 x 10-24
S5 R1
28
30 h
1
26*
9,6
3 x 10-24
S5 R3
84
25 h
2
5,2
63
4,5 x 10-25

 

Graphique 1 : Sensibilité estimée (Eq. (1), Tableau 1) des phases de recherches successives menées sur E@H. Les courbes 'LIGO-I', 'VIRGO' et ‘AdvLIGO’ représentent des recherches qui devraient débuter dans un an pour les pulsars connus avec des interféromètres réglés à la sensibilité dite de construction. 'spindown UL' indique l'amplitude maximale des ondes gravitationnelles émises par des pulsars situés à une distance connue et pour une décroissance rotationnelle . La 'statistique UL' représente l'amplitude maximale espérée pour une population galactique d'étoiles à neutrons inconnues en décroissance rotationnelle du fait des ondes gravitationnelles.

 

Résumé et avenir du projet

La recherche hiérarchique qui vient de débuter [S5 R3] s'annonce comme la recherche la plus sensible encore jamais menée concernant les ondes gravitationnelles émises par les étoiles à neutrons.

Nous espérons allouer une partie de la puissance de calcul d'E@H pour rechercher des pulsars par l'utilisation de données radio/rayon X. Dans ce cas, nous nous focaliserons sur les sources d'ondes gravitionnelles les plus prometteuses.