La collaboration scientifique LIGO et la collaboration Virgo annoncent la première détection conjointe d’ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l’espace et du temps, prédites pour la première fois par Albert Einstein il y a plus d’un siècle. Il s’agit de la quatrième détection annoncée d’un signal provenant de deux trous noirs sur leurs orbites finales, puis de leur coalescence en un seul trou noir. Un article sur l’événement, GW170814, sera publié dans la revue Physical Review Letters.
Coalescence de deux trous noirs en orbite. Crédit image : S. Ossokine & ; A. Buonanno, Institut Max Planck de physique gravitationnelle / Projet Simulating eXtreme Spacetimes / T. Dietrich, Institut Max Planck de physique gravitationnelle / R. Haas, NCSA.
Le signal GW170814 a été détecté le 14 août 2017, à 10 h 30 min 43 s UTC, à l’aide des deux détecteurs LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) situés à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, dans l’État de Washington, et du détecteur Virgo, situé près de Pise, en Italie.
Il s’agit de la quatrième détection annoncée d’un système binaire de trous noirs (détections confirmées précédemment – GW150914, GW151226 et GW170104) et du premier signal d’onde gravitationnelle significatif enregistré par le détecteur Virgo.
Fiche technique GW170814. Crédit image : LIGO Scientific Collaboration / Anuradha Gupta / Zoheyr Doctor.
Nouvelle population de trous noirs binaires. Les trois détections précédemment confirmées par LIGO, plus une détection de plus faible confiance (LVT151012), sont montrées avec la quatrième détection confirmée (GW170814). Crédit image : LIGO / Caltech / Sonoma State / Aurore Simonnet.
Comparaison des modèles de signaux d’ondes gravitationnelles provenant des observations récentes de LIGO/Virgo. Cette figure montre les reconstructions des quatre signaux d’ondes gravitationnelles sûrs et d’un candidat (LVT151012) détectés par LIGO et Virgo à ce jour, y compris la détection la plus récente GW170814 (qui a été observée dans les trois détecteurs). Chaque ligne montre le signal arrivant au détecteur de Hanford en fonction du temps. L’épaisseur des courbes indique l’intervalle de confiance à 90 % sur les paramètres du modèle. Seule la partie de chaque signal à laquelle LIGO était sensible est représentée ici (les dernières secondes précédant la fusion du trou noir). Crédit image : LIGO / Virgo / B. Farr, Université de l’Oregon.
La détection est particulièrement importante car elle souligne le potentiel scientifique d’un réseau de trois détecteurs d’ondes gravitationnelles.
“Ce n’est que le début des observations avec le réseau rendu possible par la collaboration entre Virgo et LIGO”, a déclaré David Shoemaker, chercheur principal au MIT et porte-parole de la collaboration scientifique LIGO.
“Avec le prochain cycle d’observation prévu pour l’automne 2018, nous pouvons nous attendre à de telles détections chaque semaine, voire plus souvent.”
“C’est merveilleux de voir un premier signal d’onde gravitationnelle dans notre tout nouveau détecteur Advanced Virgo, seulement deux semaines après qu’il ait officiellement commencé à prendre des données”, a ajouté le Dr Jo van den Brand de Nikhef et de l’Université VU d’Amsterdam, porte-parole de la Collaboration Virgo.
“C’est une belle récompense après tout le travail effectué dans le cadre du projet Advanced Virgo pour améliorer l’instrument au cours des six dernières années.”
Infographie GW170814. Crédit image : Collaboration Virgo.
Le projet GW170814a été émis pendant les derniers instants de la fusion de deux trous noirs ayant des masses d’environ 31 et 25 fois la masse du Soleil et situés à environ 1,8 milliard d’années-lumière.
Le trou noir en rotation nouvellement produit a environ 53 masses solaires, ce qui signifie qu’environ 3 masses solaires ont été converties en énergie d’onde gravitationnelle pendant la coalescence.
Carte du ciel des fusions de trous noirs LIGO/Virgo. Cette projection 3D de la Voie lactée sur un globe transparent montre les emplacements probables des trois fusions confirmées de trous noirs observées par les deux détecteurs LIGO – GW150914 (vert foncé), GW151226 (bleu), GW170104 (magenta) – et une quatrième détection confirmée (GW170814, vert clair, en bas à gauche) qui a été observée par Virgo et les détecteurs LIGO. L’événement de moindre importance, LVT151012, est également représenté (en orange). Le contour extérieur de chaque événement représente la région de confiance à 90 % ; le contour intérieur représente la région de confiance à 10 %. L’ajout de Virgo montre une augmentation spectaculaire de la localisation du ciel. Crédit image : LIGO / Virgo / Caltech / MIT / Leo Singer / Axel Mellinger.
Emplacement probable de GW170814. Crédit image : Virgo Collaboration.
Le volume de l’Univers susceptible de contenir la source du signal GW170814 se réduit de plus d’un facteur 20 lorsqu’on passe d’un réseau à deux détecteurs à un réseau à trois détecteurs.
La région du ciel pour GW170814 a une taille de seulement 60 degrés carrés, plus de 10 fois plus petite qu’avec les données des deux interféromètres LIGO seuls ; en outre, la précision avec laquelle la distance de la source est mesurée bénéficie de l’ajout de Virgo.
“Cette précision accrue permettra à l’ensemble de la communauté astrophysique de faire des découvertes encore plus passionnantes, notamment des observations multi-messagers”, déclare Laura Cadonati, professeur à Georgia Tech et porte-parole adjointe de la collaboration scientifique LIGO.
“Une zone de recherche plus petite permet des observations de suivi avec des télescopes et des satellites pour des événements cosmiques qui produisent des ondes gravitationnelles et des émissions de lumière, comme la collision d’étoiles à neutrons.”
“L’ajout du troisième observatoire a élargi la fenêtre sur l’Univers”, a ajouté le professeur Carlos Lousto, de l’Institut de technologie de Rochester.
“Nous pouvons maintenant localiser l’endroit où ces trous noirs sont entrés en collision dans l’Univers avec une précision 10 fois supérieure à celle que nous avions avec seulement deux détecteurs.”
