Ondes gravitationnelles: 35 nouveaux séismes cosmiques détectés par Virgo et LIGO

Publié par Adrien le 09/11/2021 à 09:00
Source: CNRS IN2P3
Les détecteurs Virgo et LIGO ont observé 35 nouveaux événements d'ondes gravitationnelles, entre novembre 2019 et mars 2020, période correspondant à la fin du troisième run d'observation de LIGO et Virgo (O3b) dans leur configuration avancée. Le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de signaux gravitationnels détectés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) international des trois détecteurs d'ondes gravitationnelles flirte désormais avec la centaine. Ce nouveau catalogue de séismes cosmiques a été rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) public le 8 novembre 2021.

La plupart des nouveaux signaux proviennent de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) de deux trous noirs. Deux événements, dont l'un déjà publié en juin dernier, ont en revanche été identifiés comme des fusions entre une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) à neutrons et un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...), une source observée pour la première fois dans les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) les plus récentes de LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet...) et Virgo. Un autre événement, détecté en février 2020, pourrait provenir soit d'un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme...) de trous noirs, soit d'une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) mixte constitutée d'un trou noir et d'une étoile à neutrons, avec la particularité que la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de l'astre le plus léger se situe dans une fourchette, appelée "mass gap" en anglais, où ni étoiles à neutrons ni trous noirs n'avaient été découverts avant les observations des ondes gravitationnelles.

Ces nouvelles détections ont été rendues publiques le 8 novembre 2021 par les collaborations scientifiques Virgo, LIGO et KAGRA dans le troisième catalogue des sources transitoires d'ondes gravitationnelles (GWTC-3).


Aperçu de toutes les sources d'ondes gravitationnelles détectées entre 2015 et 2021, par ordre chronologique de gauche à droite (la première source à gauche correspond à GW150914, la fusion de deux trous noirs détectée le 14 septembre 2015). L'axe vertical indique les masses des objects en unité de masses solaires. Crédit: LIGO/Virgo/KAGRA/Aaron Geller/Northwestern

"L'analyse hors ligne des données s'est poursuivie pendant de nombreux mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) après la fin de la période d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), car elle a nécessité un travail long et complexe d'étalonnage et d'analyse par différentes équipes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...), travaillant en parallèle et utilisant différentes techniques," explique Viola Sordini, chercheuse au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des deux infinis de Lyon. "Une approche consiste à rechercher dans les données des signaux qui ressemblent le plus possible aux formes d'ondes prédites par les modèles théoriques. Une autre approche consiste à analyser les données sans forme d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) de référence. Il s'agit d'une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) extrêmement intense et il faut ensuite caractériser les sources observées".

"Depuis la première détection en 2015, le nombre de signaux d'ondes gravitationnelles observés s'est accru de façon spectaculaire, grâce au progrès des instruments et des outils d'analyse, permettant de révéler la remarquable diversité des sources à l'origine de ces signaux," souligne Dimitri Estevez, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) post-doctorant à l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Hubert Curien (30 octobre 1924, Cornimont - 6 février 2005, Loury) est un cristallographe...) de Strasbourg.

Le catalogue et les articles qui l'accompagnent offrent en effet un aperçu sans précédent de ces événements cosmiques extrêmes. L'étude statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) des propriétés des objets compacts détectés donne la possibilité de les confronter aux modèles astrophysiques expliquant leur formation et leur évolution, d'effectuer de nouveaux tests de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) et d'améliorer la mesure de la constante de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) à partir de sources d'ondes gravitationnelles.

Ces détections ont été rendues possibles grâce au programme de mises à niveau technologiques continues qui ont transformé les premiers instruments pionniers en détecteurs de plus en plus sensibles. Les observatoires LIGO et Virgo font actuellement l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'une nouvelle mise à niveau et mèneront avec KAGRA de nouvelles campagnes d'observations dans les années qui viennent, avec une sensibilité encore meilleure, correspondant à un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) 10 fois plus vaste et donc une probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) beaucoup plus grande de capter des signaux gravitationnels.


Tableau de tous les événements d'ondes gravitationnelles découverts de 2015 jusqu'à la fin de la 3e période d'obervation LIGO/Virgo. Le tableau comprend le nom de l'événement gravitationnel, le type de composant binaire (trou noir, étoile à neutrons ou incertain), les masses du primaire et du secondaire, et la masse de l'objet final fusionné.
Crédit: LIGO/Virgo/KAGRA/C. Knox/H. Middleton

À propos des collaborations Virgo, LIGO et KAGRA

La collaboration Virgo est actuellement composée d'environ 700 scientifiques de 15 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...). L'Observatoire gravitationnel européen (EGO) héberge le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) Virgo près de Pise en Italie, et est financé par le Centre national de la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) (CNRS) en France, l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie et Nikhef aux Pays-Bas. Une liste des équipes impliquées dans la collaboration Virgo est disponible sur public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration.

LIGO est financé par la National Science Foundation (NSF) et géré par Caltech et le MIT, qui ont conçu Ligo et dirigé le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...). Le financement du projet Advanced LIGO est assuré par la NSF, avec des contributions importantes de l'Allemagne (Max Planck Gesellschaft), du Royaume-Uni (Science and Technology Facilities Council) et de l'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de...) (Australian Research Council - OzGrav). Environ 1300 scientifiques du monde (Le mot monde peut désigner :) entier sont regroupés au sein de la collaboration scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) LIGO, qui comprend la collaboration GEO (Geo était une marque de voiture qui appartenait à General Motors. La marque est apparue en 1989...). Les autres partenaires sont recensés sur my.ligo.org/census.php (PHP (sigle de PHP: Hypertext Preprocessor), est un langage de scripts libre principalement...).

L'interféromètre laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) KAGRA est situé à Kamioka, au Japon. L'institut hôte est l'Institut de recherche sur les rayons cosmiques (ICRR) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Tokyo, et le projet est co-animé par l'Observatoire astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires...) national du Japon (NAOJ) et l'Organisation (Une organisation est) de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) (KEK). Sa construction s'est terminée en 2019 et la prise de données a débuté en février 2020 lors du dernier run, "O3b". La collaboration KAGRA comprend plus de 470 membres de 14 pays/régions. La liste est disponible sur gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA/KSC/Researchers.

La publication scientifique annonçant cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) est co-signée par 109 scientifiques de 9 équipes françaises faisant partie de la collaboration Virgo:
- le laboratoire Astroparticule et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) (CNRS/Université de Paris)
- le laboratoire Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) relativiste, théories, expériences, métrologie (La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large.), instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :), signaux (CNRS/Observatoire de la Côte d'Azur/Université Côte d'Azur)
- l'équipe g-MAG, qui regroupe des scientifiques de l'Institut lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) (CNRS/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon 1), de l'Institut des nanotechnologies de Lyon (CNRS/Ecole Centrale de Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon), de l'Institut des nanosciences de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) (CNRS/Sorbonne Université) et du laboratoire Navier (CNRS/École des Ponts ParisTech/Université Gustave Eiffel)
- l'Institut de physique des 2 infinis de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1)
- l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg)
- le Laboratoire d'Annecy de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) (CNRS/Université Savoie Mont Blanc)
- le Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/Sorbonne Université/ENS-PSL/Collège de France)
- le Laboratoire de physique des 2 infinis - Irène Joliot-Curie (Irène Joliot-Curie (12 septembre 1897 à Paris - 17 mars 1956 à...) (CNRS/Université Paris-Saclay)
- le Laboratoire des 2 Infinis - Toulouse (CNRS/ Université Toulouse III (L’université Toulouse-III, (nom d’usage : université Paul Sabatier)...) Paul Sabatier).

Des scientifiques co-signataires sont associés aux équipes ci-dessus et font partie des laboratoires suivants: l'Institut Foton (CNRS/Insa Rennes/Université de Rennes 1), le laboratoire Lagrange (CNRS/Observatoire de la Côte d'Azur/Université Côte d'Azur), le Laboratoire de physique et d'étude des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) (CNRS/Sorbonne Université/ESPCI Paris).
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