Les scientifiques de la Collaboration scientifique LIGO et de la Collaboration Virgo ont détecté pour la troisième fois des 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. La recherche est publiée dans le journal Physical Review Letters.
Une conception d’artiste montre deux trous noirs en fusion similaires à ceux détectés par LIGO. Les trous noirs tournent de manière non alignée, ce qui signifie qu’ils ont des orientations différentes par rapport au mouvement orbital global de la paire. LIGO a trouvé des indices qu’au moins un trou noir dans le système GW170104 était non-aligné avec son mouvement orbital avant de fusionner avec son partenaire. Crédit image : LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State / Aurore Simonnet.
Les détecteurs jumeaux avancés de l’Observatoire d’ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) – situés à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, dans l’État de Washington – ont réalisé la toute première observation directe d’ondes gravitationnelles, GW150914, le 14 septembre 2015.
La deuxième détection, nommée GW151226, a été faite le 25 décembre 2015.
La troisième et dernière détection, GW170104, a été faite le 4 janvier 2017, à 10:11:58.6 UTC.
Dans les trois cas, chacun des détecteurs jumeaux de LIGO a détecté des ondes gravitationnelles provenant des fusions extrêmement énergiques de paires de trous noirs.
Les trous noirs de la première et de la deuxième détections sont situés respectivement à 1,3 et 1,4 milliards d’années-lumière.
La détection GW170104 indique des trous noirs en fusion qui sont deux fois plus éloignés de la Terre que les deux paires précédentes – environ 3 milliards d’années-lumière.
Le trou noir résultant a une masse d’environ 50 masses solaires (les masses des trous noirs composants sont de 31 et 19 masses solaires).
Cela comble un vide entre les masses des deux trous noirs fusionnés détectés précédemment, avec des masses solaires de 62 (événement GW150914) et 21 (événement GW151226).
“Notre poignée de détections jusqu’à présent révèle une population intrigante de trous noirs dont nous ignorions l’existence jusqu’à présent”, a déclaré le Dr Vicky Kalogera de l’Université Northwestern, astrophysicien principal au sein de la collaboration scientifique LIGO.
Les détections d’ondes gravitationnelles de LIGO. Crédit image : LIGO Scientific Collaboration / ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery.
L’événement GW170104 fournit également des indices sur les directions dans lesquelles les trous noirs tournent.
Lorsque des paires de trous noirs tournent l’une autour de l’autre, elles tournent également sur leurs propres axes – comme une paire de patineurs sur glace qui tournent individuellement tout en tournant l’un autour de l’autre.
Parfois, les trous noirs tournent dans le même sens orbital global que celui du mouvement de la paire, et parfois ils tournent dans le sens opposé du mouvement orbital.
De plus, les trous noirs peuvent également être inclinés par rapport au plan orbital. Essentiellement, les trous noirs peuvent tourner dans n’importe quelle direction.
Les nouvelles données ne peuvent pas déterminer si les trous noirs récemment observés étaient inclinés, mais elles impliquent qu’au moins un des trous noirs peut avoir été non-aligné par rapport au mouvement orbital global.
“Cette découverte a fourni la première preuve que les trous noirs dans les systèmes binaires peuvent ne pas être alignés”, a déclaré le professeur Susan Scott, de l’Université nationale australienne.
“Cela signifie que les deux trous noirs pourraient tourner dans des directions opposées, ce qui fournit un indice alléchant sur la façon dont le système binaire a pu se former.”
“Il est possible que ce soit un système binaire de trous noirs formé au début de l’Univers qui contribue de manière significative à la matière noire du cosmos.”
L’étude met également une fois de plus les théories d’Albert Einstein à l’épreuve.
Par exemple, les chercheurs ont recherché un effet appelé dispersion, connu pour se produire lorsque les ondes lumineuses dans un milieu physique tel que le verre voyagent à des vitesses différentes selon leur longueur d’onde. C’est ainsi qu’un prisme crée un arc-en-ciel, par exemple.
La théorie générale de la relativité d’Einstein interdit la dispersion.de se produire dans les ondes gravitationnelles lorsqu’elles se propagent de leur source à la Terre.
LIGO n’a pas trouvé de preuve de cet effet dans GW170104.
” Il semble qu’Einstein avait raison – même pour ce nouvel événement, qui est environ deux fois plus éloigné que notre première détection “, a déclaré Laura Cadonati, chercheuse à Georgia Tech, porte-parole adjointe de la collaboration scientifique LIGO.
“Nous ne voyons aucune déviation par rapport aux prédictions de la relativité générale, et cette plus grande distance nous aide à faire cette déclaration avec plus de confiance.”
