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Posté par Redbran le Dimanche 04/06/2017 à 00:00
Nouvelles détections d'ondes gravitationnelles et trous noirs
Troisième détection d’ondes gravitationnelles: la confirmation de l’existence d’une nouvelle population de trous noirs

Pour les collaborations scientifiques LIGO et Virgo, l’aventure continue avec l’annonce d’une troisième détection d’ondes gravitationnelles. L’événement a été enregistré au cours de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par une faible...) actuelle de prise de données des deux détecteurs LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet d'interféromètre américain, destiné à détecter les ondes...) qui a démarré le 30 novembre dernier et se poursuivra pendant l’été. Comme pour les deux premiers événements fin 2015, les signaux enregistrés ont été générés lorsque deux trous noirs ont fusionné en un plus gros. Le nouveau trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...), situé à près de 3 milliards d’années-lumière de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...) (soit deux fois plus loin que pour les deux systèmes déjà découverts) est environ 49 fois plus lourd que le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...), une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) intermédiaire par rapport aux résultats des deux fusions observées en 2015 (21 et 62 masses solaires). Cette découverte est décrite dans un nouvel article publié le 1er juin 2017 par la revue scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la...) Physical Review Letters.


Simulation de l'évolution des deux trous noirs, juste avant leur fusion, et des ondes gravitationnelles qu'ils produisent.
© Numerical-relativistic Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics) and the Simulating eXtreme Spacetime project. Scientific Visualization: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics), R. Haas (NCSA)

"Avec cette troisième détection nous confirmons l’existence d’une population inattendue de trous noirs stellaires dont la masse dépasse vingt fois celle du Soleil," explique Jo van den Brand du laboratoire Nikhef et de l’Université VU d’Amsterdam, le porte-parole récemment élu de la collaboration Virgo. "Les deux collaborations Virgo et LIGO ont travaillé ensemble pour aboutir à la détection de ces événements extraordinaires qui se sont déroulés il y a des milliards d’années."

La troisième détection, baptisée GW170104 car enregistrée le 4 janvier 2017, a été analysée avec soin par la collaboration scientifique LIGO (LSC) et la collaboration Virgo. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes"....), cela représente plus de 1200 scientifiques appartenant à une centaine de laboratoires répartis sur quatre continents. Auparavant, cet effort au niveau mondial avait été couronné de succès avec la première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) directe des ondes gravitationnelles en septembre 2015. Ensuite, un second événement avait été détecté en décembre 2015. Dans les trois cas, les ondes gravitationnelles enregistrées ont été émises par des collisions très énergétiques de deux trous noirs – des événements qui, juste avant la fusion, émettent sous forme d’ondes gravitationnelles une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) supérieure à la puissance lumineuse produite par l’ensemble des étoiles de toutes les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux...) de l’Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) visible.


Les deux graphiques du haut montrent l’évolution de la fréquence instantanée du signal mesuré par chacun des détecteurs LIGO pendant environ 1 dixième de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...) au moment de la détection de l’événement GW170104. La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...), ou amplitude (Dans cette simple équation d’onde :), du signal est représentée par la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) des pixels des cartes temps-fréquence. Le troisième graphique compare la forme d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) du meilleur modèle de fusion de trous noirs (courbe noire) avec les signaux mesurés dans les détecteurs LIGO. Les données ont été ajustées pour tenir compte de la différence de trois millisecondes entre les temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d’arrivée de l’onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations d'Einstein sont...) dans les détecteurs, ainsi que de la différence d’orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux...) des interféromètres. Enfin, le graphique du bas montre ce qui reste des deux signaux une fois soustraite la forme d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi de...) du meilleur modèle: les résidus ne montrent aucune structure particulière.
© LIGO-Virgo collaboration, PRL

Cette nouvelle détection apporte des informations sur la manière dont les trous noirs tournent sur eux-mêmes. En plus d’orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows,...) l’un autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) de l’autre, les deux trous noirs ont un mouvement de rotation propre. Un peu comme deux patineurs qui font la toupie ( Une toupie est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en équilibre sur sa pointe. On appelle également toupie le réservoir de camions...) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en valsant de concert. Des trous noirs peuvent tourner dans le même sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie...) que leur mouvement de révolution orbital ou bien dans le sens contraire. De plus, leur axe de rotation peut être incliné par rapport au plan de leur orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.). L’analyse des données de GW170104 indique qu’au moins l’un des trous noirs avait un mouvement de rotation incliné, ce qui donne des informations sur la manière dont la paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de trous noirs a pu se former.

Le détecteur Virgo a bénéficié d’un programme d’améliorations majeures appelé "Virgo avancé" (Advanced Virgo). Une première prise de données test a été organisée avec succès début mai. La sensibilité de l’instrument s’améliore rapidement et il est prévu que Virgo rejoigne prochainement les détecteurs LIGO pour notamment améliorer la précision avec laquelle une source d’ondes gravitationnelles peut être localisée dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) par le réseau de détecteurs LIGO-Virgo et améliorer ensemble nos connaissances sur l’évolution de notre Univers.

LIGO est financé par la NSF et piloté par les laboratoires Caltech et MIT qui ont conçu et construit ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...). Plus de 1 000 scientifiques du monde (Le mot monde peut désigner :) entier y participent à travers la LSC qui inclut la collaboration GEO (Geo était une marque de voiture qui appartenait à General Motors. La marque est apparue en 1989 aux États-Unis et elle fut absorbée par Chevrolet en 1998. À l'origine, Geo avait...). La liste des expériences partenaires de LIGO est disponible ici.

Les recherches du projet VIRGO sont réalisées par la collaboration Virgo qui comprend plus de 280 chercheurs et ingénieurs appartenant à 20 équipes européennes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...): 6 du Centre National de la Recherche Scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) (CNRS) en France ; 8 de l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie ; 2 des Pays-Bas dont le laboratoire Nikhef ; le MTA Wigner RCP en Hongrie ; le groupe POLGRAW en Pologne ; et par le European Gravitational Observatory (EGO), le laboratoire qui gère le site du détecteur Virgo près de Pise en Italie. Récemment, l’Espagne a rejoint la collaboration Virgo avec une équipe basée à Valence.

Pour plus d'information voir:
- Le site de la collaboration scientifique LIGO (en anglais)
- Le site de la collaboration Virgo (en français)
- Lire la publication sur Physical Review Letters (en anglais)

Contact chercheur:
Benoît Mours, directeur de recherche CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) au LAPP (CNRS/Université Savoie Mont Blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec...))

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Source: CNRS-IN2P3
 
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