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50 détections d’ondes gravitationnelles pour mieux comprendre l’Univers

Avec la première détection des ondes gravitationnelles en 2015 résultant de la fusion de deux trous noirs, l’astrophysique est entrée dans une nouvelle ère d’observation. Les interféromètres LIGO et Virgo ont été perfectionnés au point d’avoir détecté, en cinq ans, une cinquantaine d’événements impliquant des ondes gravitationnelles. Cette découverte, issue d’une analyse approfondie des données réalisée par une équipe d’astrophysiciens américains, a également révélé plusieurs informations importantes sur la distribution de masse des trous noirs impliqués, ainsi que sur leur rotation et la fréquence à laquelle ils fusionnent.

Les astronomes ont observé 39 événements cosmiques qui ont libéré des ondes gravitationnelles (GO) sur une période de 6 mois en 2019 – un taux de plus d’un par semaine. L’étude, décrite dans une série d’articles publiés dans la revue La nature, me montrer comment observatoires qui détectent ces ondulations ont considérablement amélioré leur sensibilité depuis que l’OG a été détecté pour la première fois en 2015. L’ensemble de données croissant aide les astronomes à cartographier la fréquence à laquelle de tels événements se sont produits dans l’histoire de l’Univers.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l’espace-temps générées par l’accélération des masses, en particulier lorsque deux objets massifs tournent en orbite et fusionnent. Leurs propriétés détaillées fournissent de nombreux tests de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein, y compris certaines des preuves les plus solides à ce jour de l’existence de trous noirs. Et grâce aux ondes gravitationnelles, les astronomes ont acquis une nouvelle façon d’observer le cosmos, aux côtés des ondes électromagnétiques et des rayons cosmiques.

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Une cinquantaine d’événements gravitationnels sur les cartes LIGO et Vierge

La dernière publication de données décrit les événements observés pendant la moitié de la troisième série d’observations par interféromètre laser (LIGO) – une paire de détecteurs jumeaux basés à Hanford, Washington et Livingston, Louisiane – et son homologue européen Virgo, près de Pise. Il s’agit du deuxième catalogue des événements de la collaboration, après celui publié en décembre 2018 décrivant leurs 11 premières détections. Au total, le réseau d’observation a maintenant observé 50 événements d’ondes gravitationnelles.

infographie détection des événements ondes gravitationnelles trous noirs
Infographie retraçant les détections d’ondes gravitationnelles les plus notables. Crédits: Nature

La plupart des événements sont des fusions de deux trous noirs. Les détecteurs ont également révélé une poignée de collisions entre deux étoiles à neutrons et au moins une fusion d’une étoile à neutrons et un trou noir. Les fusions impliquant des étoiles à neutrons présentent un intérêt particulier pour les astrophysiciens, car elles devraient libérer de la lumière ordinaire ainsi que des ondes gravitationnelles, ce qui a été confirmé lors d’une fusion d’étoiles à neutrons observée en août 2017.

Une découverte surprenante concerne les masses de trous noirs impliqués dans les fusions. Les astrophysiciens s’attendaient à une limite nette, sans trou noir plus de 45 fois la masse du Soleil. ” Maintenant, nous constatons que ce n’est pas si net Dit Maya Fishbach, chercheuse au LIGO et à la Northwestern University. Le catalogue comprend trois événements aux masses aberrantes, dont un annoncé en septembre avec un trou noir de 85 masses solaires.

Masses, rotation et fréquence de fusion: informations importantes sur les trous noirs

La richesse des données a permis aux chercheurs de LIGO-Virgo d’estimer grossièrement la vitesse à laquelle les fusions de trous noirs se produisent dans un galaxie moyenne. Ce taux semble avoir culminé il y a environ huit milliards d’années, après une période au cours de laquelle des étoiles se formaient – et certaines se transformaient plus tard en trous noirs – à un rythme particulièrement élevé.

Le catalogue fournit également des informations sur la rotation des trous noirs, ce qui permet de comprendre comment les objets tournent en orbite avant de fusionner. Il montre que, dans certains systèmes binaires, les deux trous noirs ont des axes de rotation désalignés, ce qui impliquerait qu’ils se sont formés séparément.

Mais de nombreux autres binaires semblent avoir des axes de rotation à peu près alignés, ce à quoi les astrophysiciens s’attendraient lorsque les deux trous noirs ont commencé à vivre en tant que système d’étoiles binaires. Deux écoles de pensée en astrophysique ont chacune favorisé l’un des deux scénarios, mais il semble maintenant que les deux étaient corrects, conclut Fishbach.

Pour en savoir plus sur les ondes gravitationnelles:

Rolande Desroches

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