La toute première détection d'ondes gravitationnelles (qui a eu lieu en septembre 2015) a déclenché une révolution en astronomie. Non seulement cet événement a confirmé une théorie prédite par la théorie de la relativité générale d'Einstein un siècle auparavant, mais il a également inauguré une nouvelle ère où les fusions de trous noirs distants, de supernovae et d'étoiles à neutrons pourraient être étudiées en examinant leurs ondes résultantes.
De plus, les scientifiques ont émis l'hypothèse que les fusions de trous noirs pourraient être beaucoup plus courantes qu'on ne le pensait auparavant. Selon une nouvelle étude menée par deux chercheurs de l'Université Monash, ces fusions ont lieu toutes les quelques minutes. En écoutant le bruit de fond de l'Univers, affirment-ils, nous pourrions trouver des preuves de milliers d'événements non détectés auparavant.
Leur étude, intitulée «Recherche optimale pour un fond d'ondes astrophysiques gravitationnelles», a récemment paru dans la revue Examen physique X. L'étude a été menée par Rory Smith et Eric Thrane, maître de conférences et chercheur à l'Université Monash, respectivement. Les deux chercheurs sont également membres du Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav).
Comme ils l'indiquent dans leur étude, toutes les 2 à 10 minutes, une paire de trous noirs de masse stellaire fusionnent quelque part dans l'Univers. Une petite fraction de ceux-ci est suffisamment grande pour que l'événement résultant des ondes gravitationnelles puisse être détecté par des instruments avancés tels que l'observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser et l'observatoire de la Vierge. Le reste, cependant, contribue à une sorte de bruit de fond stochastique.
En mesurant ce bruit, les scientifiques peuvent être en mesure d'étudier beaucoup plus en termes d'événements et d'en apprendre beaucoup plus sur les ondes gravitationnelles. Comme le Dr Thrane l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'Université Monash:
«La mesure du fond des ondes gravitationnelles nous permettra d'étudier des populations de trous noirs à de grandes distances. Un jour, la technique pourrait nous permettre de voir les ondes gravitationnelles du Big Bang, cachées derrière les ondes gravitationnelles des trous noirs et des étoiles à neutrons. »
Les Drs Smith et Thrane ne sont pas des amateurs en ce qui concerne l'étude des ondes gravitationnelles. L'année dernière, ils ont tous deux participé à une percée majeure, où des chercheurs de la collaboration scientifique LIGO (LSC) et de la collaboration Virgo ont mesuré les ondes gravitationnelles d'une paire d'étoiles à neutrons fusionnantes. C'était la première fois qu'une fusion d'étoiles à neutrons (alias un kilonova) était observée à la fois dans les ondes gravitationnelles et dans la lumière visible.
La paire faisait également partie de l'équipe Advanced LIGO qui a effectué la première détection des ondes gravitationnelles en septembre 2015. À ce jour, six événements d'ondes gravitationnelles confirmés ont été confirmés par les collaborations LIGO et Virgo. Mais selon les docteurs Thrane et Smith, il pourrait y avoir jusqu'à 100 000 événements chaque année que ces détecteurs ne sont tout simplement pas équipés pour gérer.
Ces ondes sont ce qui se réunit pour créer un fond d'ondes gravitationnelles; et bien que les événements individuels soient trop subtils pour être détectés, les chercheurs tentent de développer une méthode pour détecter le bruit général depuis des années. S'appuyant sur une combinaison de simulations informatiques de faibles signaux de trous noirs et de masses de données d'événements connus, les Drs. Thrane et Smith affirment avoir fait exactement cela.
À partir de cela, la paire a pu produire un signal dans les données simulées qui, selon eux, est la preuve de faibles fusions de trous noirs. Pour l'avenir, les Drs Thrane et Smith espèrent appliquer leur nouvelle méthode à des données réelles, et sont optimistes qu'elle donnera des résultats. Les chercheurs auront également accès au nouveau supercalculateur OzSTAR, qui a été installé le mois dernier à l'Université de technologie de Swinburne pour aider les scientifiques à rechercher des ondes gravitationnelles dans les données LIGO.
Cet ordinateur est différent de ceux utilisés par la communauté LIGO, qui comprend les supercalculateurs de CalTech et du MIT. Plutôt que de s'appuyer sur des unités centrales de traitement (CPU) plus traditionnelles, OzGrav utilise des unités de traitement graphique - qui peuvent être des centaines de fois plus rapides pour certaines applications. Selon le professeur Matthew Bailes, directeur du supercalculateur OzGRav:
«Il est 125 000 fois plus puissant que le premier supercalculateur que j'ai construit à l'institution en 1998… En exploitant la puissance des GPU, OzStar a le potentiel de faire de grandes découvertes dans l'astronomie des ondes gravitationnelles.»
Ce qui a été particulièrement impressionnant dans l'étude des ondes gravitationnelles, c'est la façon dont elles ont progressé si rapidement. Depuis la détection initiale en 2015, les scientifiques d'Advanced LIGO et de Virgo ont maintenant confirmé six événements différents et prévoient d'en détecter beaucoup plus. En plus de cela, les astrophysiciens trouvent même des moyens d'utiliser les ondes gravitationnelles pour en savoir plus sur les phénomènes astronomiques qui les provoquent.
Tout cela a été rendu possible grâce aux améliorations de l'instrumentation et à la collaboration croissante entre les observatoires. Et avec des méthodes plus sophistiquées conçues pour passer au crible les données d'archives pour détecter des signaux supplémentaires et du bruit de fond, nous en apprenons beaucoup plus sur cette mystérieuse force cosmique.
