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LIGO et Virgo localisent de violentes collisions cosmiques

La détection récente de trous noirs en collision annonce un avenir « extraordinairement brillant » pour la science des ondes gravitationnelles.

Beaucoup espéraient que la collaboration entre les observatoires d’ondes gravitationnelles LIGO et Virgo serait à l’origine de grands progrès, et il semble que cette union remplit ses promesses.

Lors de la réunion des ministres des Sciences du G7 tenue mercredi à Turin, l’équipe de la collaboration scientifique LIGO-Virgo a annoncé avoir non seulement détecté la fusion de deux trous noirs, mais de plus l’avoir circonscrite à une région relativement limitée du ciel.

C’est essentiellement la différence entre balayer la moitié du ciel et pointer une section plus petite que la plus petite constellation (la Croix du Sud).

« Nous venons de franchir une étape importante dans les efforts de la communauté scientifique internationale en vue d’élucider les fabuleux mystères de notre univers » [traduction], a déclaré France Cordova, directrice de la Fondation nationale des sciences des États-Unis.

Pour Luis Lehner, chercheur à l’Institut Périmètre, cette prouesse technique a un fort potentiel de découverte.

« La capacité de savoir où se situe la source d’ondes gravitationnelles permettra à l’astronomie multimessage de progresser » [traduction], a-t-il déclaré après avoir assisté à la webdiffusion de l’annonce.

Des nouvelles de la collaboration scientifique LIGO-Virgo à propos de la science des ondes gravitationnelles

Grâce à leurs différences d’emplacement et d’orientation, les deux détecteurs procurent une information plus riche aux théoriciens, qui cherchent non seulement à comprendre ce que l’on détecte, mais aussi à prédire ce que l’on pourrait chercher d’autre.

« Les ondes gravitationnelles ont deux types de polarisation, a ajouté M. Lehner. L’orientation différente de Virgo par rapport au LIGO nous permet de les identifier avec plus de précision. Cela pourrait nous donner des indices sur les forces en jeu. » [traduction]

M. Lehner a expliqué que, dans ce cas-ci, le moment angulaire de rotation de la résultante des deux trous noirs est assez faible — comme si les trous noirs avaient cessé de tourner au moment de l’impact, ou comme si les axes de rotation des deux trous noirs étaient perpendiculaires.

« C’est une question que nous devrons aborder, a-t-il ajouté. Peut-être que d’autres facteurs affectent le moment angulaire de rotation des trous noirs. » [traduction]

La fusion des trous noirs a été détectée le 14 août. C’était la quatrième détection d’un système de deux trous noirs depuis la première détection par le LIGO en septembre 2015.

Dans ce cas-ci, les deux trous noirs avaient des masses respectives d’environ 31 et 25 fois la masse du Soleil, et étaient situés à environ 1,8 milliard d’années-lumière de nous. Selon l’équipe du LIGO, la masse du trou noir résultant était d’environ 53 fois la masse du Soleil.

Une minute d’explication sur la nature des ondes gravitationnelles

Jo van den Brand, porte-parole de Virgo, a déclaré lors de l’annonce que la triangulation supplémentaire due à la présence de trois instruments au lieu de deux permet aux scientifiques de localiser la source de l’onde avec une précision 20 fois plus grande.

« Notre ambition, a-t-il dit, est d’ouvrir ce nouveau domaine de l’astronomie multimessage, et je crois que nous venons de franchir une première étape dans cette direction. » [traduction]

Katerina Chatziioannou, postdoctorante membre de l’équipe du LIGO et chercheuse dans le domaine de la gravité forte, a assisté avec Luis Lehner à la webdiffusion de l’annonce à l’Institut Périmètre.

Selon elle, la meilleure précision obtenue grâce aux triples détections a déjà eu des effets importants. Après avoir détecté une onde gravitationnelle, le LIGO envoie une alerte à d’autres télescopes en leur indiquant dans quelle partie du ciel un événement important vient de se produire.

Auparavant, ils ne pouvaient situer un événement que dans une grande partie du ciel faisant 1 160 degrés carrés. Avec la fusion identifiée GW170814, ils ont pu situer l’événement dans une portion beaucoup plus petite de 60 degrés carrés.

« Nous pouvons bien mieux localiser les événements, a déclaré Mme Chatziioannou. Dans ce cas-ci, nous n’avons rien vu, parce que les trous noirs n’émettent pas de lumière. » [traduction] Mais d’autres fusions pourraient émettre de la matière observable qu’il serait possible de voir en temps réel.

Comparaison de la taille relative des zones de détection d’ondes gravitationnelles. La zone vert clair de GW170814 est beaucoup plus petite. (Image : LIGO/Virgo/Caltech/MIT/Leo Singer. Image de la Voie lactée : Axel Mellinger)

Pour les chercheurs comme Katerina Chatziioannou, dont les travaux contribuent à définir les paramètres d’événements qui émettent des ondes gravitationnelles, cela aide à déterminer ces paramètres d’une manière plus efficace. « Virgo nous permet de créer de meilleures cartes du ciel, en plus d’améliorer d’autres mesures » [traduction], a ajouté Mme Chatziioannou.

Selon David Shoemaker, porte-parole du LIGO lors de l’annonce, ce n’est qu’un début. Les deux détecteurs du LIGO sont maintenant arrêtés et sont en cours de mise à niveau avant la prochaine ronde d’observations à l’automne 2018.

« Nous réglons maintenant les détecteurs afin d’en augmenter la sensibilité, a-t-il déclaré. Nous prévoyons multiplier par deux la portée des détecteurs. Si nous multiplions la portée par deux, le volume de la sphère que nous pourrons observer sera multiplié par huit.

« L’avenir est extraordinairement brillant… pour l’astronomie des ondes gravitationnelles. » [traduction]

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