Le 11 février 2016, les scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) ont marqué l'histoire en annonçant la toute première détection d'ondes gravitationnelles (GW). Depuis lors, plusieurs détections ont eu lieu et les collaborations scientifiques entre les observatoires - comme Advanced LIGO et Advanced Virgo - permettent des niveaux de sensibilité et de partage de données sans précédent.
Auparavant, sept événements de ce type avaient été confirmés, dont six étaient dus à la fusion de trous noirs binaires (BBH) et un à la fusion d'une étoile à neutrons binaires. Mais le samedi 1er décembre, une équipe de scientifiques, la LIGO Scientific Collaboration (LSC) et la Virgo Collaboration, ont présenté de nouveaux résultats qui ont indiqué la découverte de quatre autres événements d'ondes gravitationnelles. Cela porte à onze le nombre total d'événements GW détectés au cours des trois dernières années.
La présentation, intitulée «Binary Black Hole Population Properties Infered from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo», a été faite lors de l'Atelier de physique et d'astronomie des ondes gravitationnelles (GWPAW) 2018 - qui s'est déroulé du 1er décembre au 1er décembre. 4e à l'Université du Maryland.
Organisé par le Joint Space-Science Institute (JSI), un partenariat entre l'Université du Maryland et le Goddard Space Flight Center de la NASA, cet événement annuel rassemble des scientifiques et des chercheurs du monde entier pour discuter des problèmes actuels et futurs liés à la détection et étude des ondes gravitationnelles.
Au cours de la présentation, Michael Pürrer - un scientifique principal de la division de la relativité astrophysique et cosmologique à AEI Potsdam - a présenté samedi les résultats du premier catalogue à GWPAW au nom de la collaboration scientifique LIGO et de la collaboration Virgo. Il s'agit notamment des sept événements précédemment détectés et des quatre détections récentes. Comme il l'a déclaré lors de la présentation:
«Dans ce catalogue, nous présentons une analyse approfondie des 11 détections d'ondes gravitationnelles trouvées dans O1 et O2. Nous nous appuyons sur des modèles de pointe de la forme d'onde gravitationnelle émise par ces événements cataclysmiques pour déduire les masses, les spins et les déformabilités des marées des binaires. Je suis très fier d'avoir participé à cet effort exceptionnel de la collaboration scientifique LIGO et de la collaboration Virgo. »
Les nouveaux événements, qui étaient tous le résultat de fusions BBH, sont désignés GW170729, GW170809, GW170818 et GW170823 en fonction des dates auxquelles ils ont été détectés. Tous les quatre ont été détectés lors du deuxième cycle d'observation (O2) des collaborations LIGO et VIRGO, qui a duré du 30 novembre 2016 au 25 août 2017.
Alessandra Buonanno, directrice de la division de la relativité astrophysique et cosmologique à l'AEI-Potsdam et professeure à College Park à l'Université du Maryland, a contribué de façon importante à ces récentes découvertes. Comme elle l'a indiqué dans un récent communiqué de presse de l'AEI:
«Des modèles de forme d'onde de pointe, un traitement de données avancé et un meilleur étalonnage des instruments nous ont permis de déduire plus précisément les paramètres astrophysiques d'événements annoncés précédemment. J'attends avec impatience la prochaine campagne d'observation au printemps 2019, où nous prévoyons de détecter plus de deux fusions de trous noirs par mois de données collectées! »
Selon les résultats de l'équipe, les BBH observés couvrent une large gamme de masses de composants, de 7,6 à 50,6 masses solaires. L'équipe a également découvert que dans deux des BBH (GW151226 et GW170729), il est très probable qu'au moins un des trous noirs tourne. Mais le plus important de tous, les nouvelles détections ont établi deux nouveaux records dans l'étude des GW.
Par exemple, l'événement connu sous le nom de GW170818 a été localisé dans le ciel avec une précision extrême dans l'hémisphère nord céleste par les observatoires LIGO et Virgo. En fait, il a été identifié avec une précision de 39 degrés carrés (195 fois la taille apparente de la pleine lune), ce qui en fait le BBH le mieux localisé à ce jour.
De plus, l'événement connu sous le nom de GW170729 était la source d'ondes gravitationnelles la plus massive et la plus éloignée observée à ce jour. En plus d'impliquer une paire de trous noirs qui avait une masse combinée plus de 50 fois celle du Soleil, la fusion a eu lieu il y a 5 milliards d'années et a libéré l'équivalent de près de cinq masses solaires sous forme de rayonnement gravitationnel.
Pour l'avenir, l'équipe espère faire plus de découvertes lors de la troisième opération d'observation (O3) d'Advanced LIGO et Virgo, qui devrait commencer au début de 2019. Cette analyse bénéficiera de nouvelles améliorations de sensibilité pour LIGO et Virgo, ainsi que de la inclusion de l'observatoire du détecteur d'ondes gravitationnelles de Kamioka (KAGRA) au Japon (peut-être vers la fin de l'O3).
Comme Karsten Danzmann, directeur de la division Interférométrie laser et astronomie des ondes gravitationnelles de l'AEI-Hanovre, a déclaré:
«Je suis heureux que de nombreuses technologies de détection avancées développées sur notre détecteur GEO600 aient contribué à rendre le fonctionnement de l'O2 si sensible et que dans O3, une autre technologie pionnière au GEO600, la lumière comprimée, sera utilisée dans LIGO et Virgo.»
Avec ces améliorations et l'ajout de KAGRA, plusieurs dizaines d'événements GW résultant de la fusion des systèmes binaires sont attendus dans les années à venir. Ces derniers résultats offrent également une validation supplémentaire des instruments des observatoires LIGO et Virgo, ainsi que l'efficacité de la collaboration internationale qui les sous-tend.
Et avec la détection de quatre événements GW supplémentaires, le nombre d'études de cas dont les scientifiques peuvent tirer des enseignements a augmenté de près de 50%. Ce faisant, ils pourront en savoir plus sur la population de systèmes binaires qui provoquent des événements GW, sans parler de la vitesse à laquelle ces types de fusions ont lieu.
Les résultats des recherches de l'équipe ont également été présentés dans deux articles récemment publiés en ligne. Le premier article, «GWTC-1: Un catalogue des ondes transitoires gravitationnelles de fusions binaires compactes observées par LIGO et Virgo pendant les première et deuxième séries d'observation, présente un catalogue détaillé de toutes les détections d'ondes gravitationnelles.
Le deuxième article, «Binary Black Hole Population Properties Infered from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo», décrit les caractéristiques de la fusion des populations de trous noirs. Le LIGO est financé par la National Science Foundation (NSF) et géré par Caltech et le Massachusetts Institute of Technology (MIT).
