La foudre a frappé deux fois - peut-être trois fois - et les scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser, ou LIGO, espèrent que ce n'est que le début d'une nouvelle ère de compréhension de notre Univers. Cet «éclair» est venu sous la forme d'ondes gravitationnelles insaisissables, difficiles à détecter, produites par des événements gigantesques, comme une paire de trous noirs qui se heurtent. L'énergie dégagée par un tel événement perturbe le tissu même de l'espace et du temps, un peu comme les ondulations d'un étang. L'annonce d'aujourd'hui est la deuxième série d'ondulations d'ondes gravitationnelles détectées par LIGO, après la première détection historique annoncée en février de cette année.
"Cette collision s'est produite il y a 1,5 milliard d'années", a déclaré Gabriela Gonzalez de la Louisiana State University lors d'une conférence de presse pour annoncer la nouvelle détection, "et avec cela, nous pouvons vous dire que l'ère de l'astronomie des ondes gravitationnelles a commencé."
La première détection par LIGO des ondes gravitationnelles de la fusion des trous noirs a eu lieu le 14 septembre 2015 et a confirmé une prédiction majeure de la théorie générale de la relativité d'Albert Einstein en 1915. La deuxième détection a eu lieu le 25 décembre 2015 et a été enregistrée par les deux détecteurs LIGO jumeaux.
Alors que la première détection des ondes gravitationnelles libérées par la violente fusion du trou noir n'était qu'un petit «bip» qui n'a duré qu'un cinquième de seconde, cette deuxième détection était plutôt un «whoop» qui était visible pendant une seconde entière dans les données. Écoutez dans cette vidéo:
"C'est ce que nous appelons la musique de la gravité", a déclaré González alors qu'elle jouait la vidéo lors de la conférence de presse d'aujourd'hui.
Bien que les ondes gravitationnelles ne soient pas des ondes sonores, les chercheurs ont converti l'oscillation et la fréquence de l'onde gravitationnelle en une onde sonore de même fréquence. Pourquoi les deux événements étaient-ils si différents?
D'après les données, les chercheurs ont conclu que le deuxième ensemble d'ondes gravitationnelles avait été produit pendant les derniers moments de la fusion de deux trous noirs qui étaient 14 et 8 fois la masse du Soleil, et la collision a produit un seul trou noir en rotation plus massif 21 fois la masse du soleil. En comparaison, les trous noirs détectés en septembre 2015 représentaient 36 et 29 fois la masse du Soleil, fusionnant en un trou noir de 62 masses solaires.
Les scientifiques ont déclaré que les ondes gravitationnelles à haute fréquence des trous noirs de masse inférieure ont frappé le «point idéal» de sensibilité des détecteurs LIGO.
"Il est très significatif que ces trous noirs étaient beaucoup moins massifs que ceux observés lors de la première détection", a expliqué Gonzalez. «En raison de leurs masses plus légères par rapport à la première détection, ils ont passé plus de temps - environ une seconde - dans la bande sensible des détecteurs. C'est un début prometteur pour cartographier les populations de trous noirs dans notre univers. »
LIGO permet aux scientifiques d'étudier l'Univers d'une nouvelle manière, en utilisant la gravité au lieu de la lumière. LIGO utilise des lasers pour mesurer avec précision la position des miroirs séparés les uns des autres de 4 kilomètres, soit environ 2,5 miles, à deux endroits distants de plus de 3000 km, à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, Washington. Ainsi, LIGO ne détecte pas directement l'événement de collision du trou noir, il détecte l'étirement et la compression de l'espace lui-même. Jusqu'à présent, les détections sont le résultat de la capacité du LIGO à mesurer la perturbation de l'espace avec une précision de 1 partie sur mille milliards de milliards. Le signal du dernier événement, nommé GW151226, a été produit par la conversion de matière en énergie, qui a littéralement secoué l'espace-temps comme Jello.
Le membre de l'équipe LIGO Fulvio Ricci, physicien à l'Université de Rome La Sapienzaa, a déclaré qu'il y avait une troisième détection «candidate» d'un événement en octobre, que Ricci a dit qu'il préférait appeler un «déclencheur», mais c'était beaucoup moins significatif et le signal au bruit n'est pas assez important pour être officiellement considéré comme une détection.
Mais toujours, selon l'équipe, les deux détections confirmées indiquent que les trous noirs sont beaucoup plus communs dans l'Univers qu'on ne le pensait auparavant, et ils pourraient souvent se produire par paires.
«La deuxième découverte« a vraiment mis le «O» de l’Observatoire au LIGO », a déclaré Albert Lazzarini, directeur adjoint du laboratoire LIGO de Caltech. «Avec la détection de deux événements forts au cours des quatre mois de notre première campagne d'observation, nous pouvons commencer à faire des prédictions sur la fréquence à laquelle nous pourrions entendre des ondes gravitationnelles à l'avenir. LIGO nous apporte une nouvelle façon d'observer certains des événements les plus sombres mais les plus énergétiques de notre univers. »
LIGO est maintenant hors ligne pour des améliorations. Sa prochaine analyse de données commencera cet automne et les améliorations de la sensibilité du détecteur pourraient permettre à LIGO d'atteindre jusqu'à 1,5 à deux fois plus de volume de l'univers par rapport à la première analyse. Un troisième site, le détecteur Virgo situé près de Pise, en Italie, avec une conception similaire aux détecteurs jumeaux LIGO, devrait être mis en ligne au cours de la seconde moitié du prochain cycle d'observation du LIGO. La Vierge améliorera la capacité des physiciens à localiser la source de chaque nouvel événement, en comparant les différences à l'échelle des millisecondes dans le temps d'arrivée des signaux d'ondes gravitationnelles entrants.
En attendant, vous pouvez aider l'équipe LIGO avec le projet de science citoyenne Gravity Spy via Zooniverse.
Sources pour plus de lecture:
Communiqués de presse:
Université du Maryland
Université du nord-ouest
Université de Virginie-Occidentale
Université d'État de Pennsylvanie
Lettres d'examen physique: GW151226: Observation des ondes gravitationnelles à partir d'une coalescence de trous noirs binaires de 22 masses solaires
Page d'information sur LIGO, Caltech
Pour un excellent aperçu des ondes gravitationnelles, de leurs sources et de leur détection, consultez l'excellente série d'articles de Markus Possel que nous avons présentés sur UT en février:
