Master internship : Orbit reconstruction for LISA and impact on gravitational waves extraction

Hees Aurelien — 2023-11-20T11:53:26Z

Scientific description :
The LISA space mission aiming at measuring gravitational waves in the mHz regime will be launched in 2035. The principle of this mission is to measure the optical path length variation between free falling test masses located in 3 spacecraft in heliocentric orbits.

During the mission, the 3 spacecraft will be tracked by radioscience measurements performed by tracking stations on Earth. These measurements will allow ESA to reconstruct the orbit of the spacecraft. In addition, the information about the on-board clocks will be encoded in the signal sent from the S/C to the tracking station. When compared to the local clock of the tracking station, this allows to synchronize the on-board clocks with respect to terrestrial time (these measurements are usually referred to as "time couples").

This internship aims at simulating the orbit reconstruction of the 3 LISA spacecraft as well as the corresponding time couples and to include such simulations in the global simulation software used by the LISA consortium. We will also study the impact of various observations schemes on the orbit reconstruction and, if time allows, we will also explore how such uncertainties propagate in the LISA data analysis.

Practically, in this internship, we will be using the GODOT software, a python package developed by ESA to develop future space missions. This internship will take place at SYRTE and is suitable for a well-motivated student with good programming skills (especially in python) and good knowledge of orbital mechanics.

Applicant skills :
The internship is dedicated to a Master (M1 or M2) student or a student from an engineer school. The applicant should have good programming skills (Python) and ideally, good knowledge of orbital mechanics.

Duration :2-4 months

Contact : Aurélien Hees, aurelien.hees AT obspm.fr

Collaboration : this internship will be performed in close collaboration with scientists from ESOC – ESA (Germany).

Starting date : any time from February 2024.

Stage de M2 : Séparation de sources stationnaires et non-stationnaires et application à la mission LISA

Lilley Marc — 2023-04-18T08:53:03Z

L'interféromètre laser spatial LISA, prévu pour un lancement en 2034, detectera des ondes gravitationnelles (OGs) issues de diverses sources astrophysiques et cosmologiques dans la gamme de frequence de 1mHz-1Hz.

Les OGs d'origine cosmologique seront détectées sous forme d'un bruit cosmologique. Les processus cosmologiques qui les produisent sont mal connus et certains sont speculatifs. La forme spectrale de ce fond d'OGs est donc très incertaine.

De plus, le bruit instrumental de LISA est mal connu et sera difficile à mesurer lors de la mission. Cela veut dire qu'il sera difficile de séparer le bruit instrumental du bruit de fond cosmologique.

Une possibilité serait eventuellement d'exploiter la stationnarité du signal cosmologique et la non-stationnarité du bruit instrumental.

Partie 1 : Pour commencer, le ou la stagiaire devra étudier, reproduire et comprendre en détails les résultats obtenus dans la publication intitulée
"Separation of stationary and non-stationary sources with a generalized eigenvalue problem" by Hara et al., Neural Networks 33 (2012).

Partie 2 : Le ou la stagiaire devra etudier quels types de bruits instrumentaux non-stationnaires et quels types de fonds cosmologiques d'OGs sont attentus dans la mission LISA. Il ou elle utilisera la méthode de la partie 1 pour séparer le bruit du signal dans une simulation numerique réalisée par ses soins, avec un code python également réalisé par ses soins.

Le ou la stagiaire aura la possibilité de renforcer ses compétences en méthodes statistiques pour l'analyse de données, ses connaissances en cosmologie, ainsi que d'appliquer la méthode d'analyse dont le stage fait l'objet sur une problématique pertinente pour la communauté LISA.

Syrte

Master internship : Orbit reconstruction for LISA and impact on gravitational waves extraction

Stage de M2 : Séparation de sources stationnaires et non-stationnaires et application à la mission LISA