Nouvelle scientifique

 

Le 1er juin 2017

 

 

Troisième détection d’ondes gravitationnelles : la confirmation de l’existence d’une nouvelle population de trous noirs

 

Pour les collaborations scientifiques LIGO et Virgo, l’aventure continue avec l’annonce d’une troisième détection d’ondes gravitationnelles. L’événement a été enregistré au cours de la campagne actuelle de prise de données des deux détecteurs LIGO qui a démarré le 30 novembre dernier et se poursuivra pendant l’été. Comme pour les deux premiers événements fin 2015, les signaux enregistrés ont été générés lorsque deux trous noirs ont fusionné en un plus gros. Le nouveau trou noir, situé à près de 3 milliards d’années-lumière de la Terre (soit deux fois plus loin que pour les deux systèmes déjà découverts) est environ 49 fois plus lourd que le Soleil, une masse intermédiaire par rapport aux résultats des deux fusions observées en 2015 (21 et 62 masses solaires). Cette découverte est décrite dans un nouvel article publié le 1er juin 2017 par la revue scientifique Physical Review Letters.

 

Simulation de l'évolution des deux trous noirs, juste avant leur fusion, et des ondes gravitationnelles qu'ils produisent © Numerical-relativistic Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics) and the Simulating eXtreme Spacetime project. Scientific Visualization: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics), R. Haas (NCSA)

 

"Avec cette troisième détection nous confirmons l’existence d’une population inattendue de trous noirs stellaires dont la masse dépasse vingt fois celle du Soleil," explique Jo van den Brand du laboratoire Nikhef et de l’Université VU d’Amsterdam, le porte-parole récemment élu de la collaboration Virgo. "Les deux collaborations Virgo et LIGO ont travaillé ensemble pour aboutir à la détection de ces événements extraordinaires qui se sont déroulés il y a des milliards d’années."

La troisième détection, baptisée GW170104 car enregistrée le 4 janvier 2017, a été analysée avec soin par la collaboration scientifique LIGO (LSC) et la collaboration Virgo. Au total, cela représente plus de 1200 scientifiques appartenant à une centaine de laboratoires répartis sur quatre continents. Auparavant, cet effort au niveau mondial avait été couronné de succès avec la première observation directe des ondes gravitationnelles en septembre 2015. Ensuite, un second événement avait été détecté en décembre 2015. Dans les trois cas, les ondes gravitationnelles enregistrées ont été émises par des collisions très énergétiques de deux trous noirs – des événements qui, juste avant la fusion, émettent sous forme d’ondes gravitationnelles une puissance supérieure à la puissance lumineuse produite par l’ensemble des étoiles de toutes les galaxies de l’Univers visible.

 

Les deux graphiques du haut montrent l’évolution de la fréquence instantanée du signal mesuré par chacun des détecteurs LIGO pendant environ 1 dixième de seconde au moment de la détection de l’événement GW170104. La force, ou amplitude, du signal est représentée par la couleur des pixels des cartes temps-fréquence. Le troisième graphique compare la forme d’onde du meilleur modèle de fusion de trous noirs (courbe noire) avec les signaux mesurés dans les détecteurs LIGO. Les données ont été ajustées pour tenir compte de la différence de trois millisecondes entre les temps d’arrivée de l’onde gravitationnelle dans les détecteurs, ainsi que de la différence d’orientation des interféromètres. Enfin, le graphique du bas montre ce qui reste des deux signaux une fois soustraite la forme d’onde du meilleur modèle : les résidus ne montrent aucune structure particulière. © LIGO-Virgo collaboration, PRL

 

Cette nouvelle détection apporte des informations sur la manière dont les trous noirs tournent sur eux-mêmes. En plus d’orbiter l’un autour de l’autre, les deux trous noirs ont un mouvement de rotation propre. Un peu comme deux patineurs qui font la toupie tout en valsant de concert. Des trous noirs peuvent tourner dans le même sens que leur mouvement de révolution orbital ou bien dans le sens contraire. De plus, leur axe de rotation peut être incliné par rapport au plan de leur orbite. L’analyse des données de GW170104 indique qu’au moins l’un des trous noirs avait un mouvement de rotation incliné, ce qui donne des informations sur la manière dont la paire de trous noirs a pu se former.

Le détecteur Virgo a bénéficié d’un programme d’améliorations majeures appelé "Virgo avancé" (Advanced Virgo). Une première prise de données test a été organisée avec succès début mai. La sensibilité de l’instrument s’améliore rapidement et il est prévu que Virgo rejoigne prochainement les détecteurs LIGO pour notamment améliorer la précision avec laquelle une source d’ondes gravitationnelles peut être localisée dans le ciel par le réseau de détecteurs LIGO-Virgo et améliorer ensemble nos connaissances sur l’évolution de notre Univers.

LIGO est financé par la NSF et piloté par les laboratoires Caltech et MIT qui ont conçu et construit ce projet. Plus de 1 000 scientifiques du monde entier y participent à travers la LSC qui inclut la collaboration GEO. La liste des expériences partenaires de LIGO est disponible ici.

Les recherches du projet VIRGO sont réalisées par la collaboration Virgo qui comprend plus de 280 chercheurs et ingénieurs appartenant à 20 équipes européennes de recherche : 6 du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France ; 8 de l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie ; 2 des Pays-Bas dont le laboratoire Nikhef ; le MTA Wigner RCP en Hongrie ; le groupe POLGRAW en Pologne ; et par le European Gravitational Observatory (EGO), le laboratoire qui gère le site du détecteur Virgo près de Pise en Italie. Récemment, l’Espagne a rejoint la collaboration Virgo avec une équipe basée à Valence.

 

Pour en savoir plus

• Le site de la collaboration scientifique LIGO (en anglais)
• Le site de la collaboration Virgo (en français)
• Lire la publication sur Physical Review Letters (en anglais)
• Lire le communiqué et le dossier de presse de la première détection (en français)
• Lire le communiqué de presse de la deuxième détection (en français)

Contact chercheur

• Benoît Mours, directeur de recherche CNRS au LAPP (CNRS/Université Savoie Mont Blanc)