L’espace-temps scintille grâce à de nouvelles détections d’ondes gravitationnelles
Des astronomes ont annoncé une abondante récolte de nouvelles détections d’ondes gravitationnelles. Les 35 nouveaux signaux, qui constituent le troisième catalogue d’ondes gravitationnelles transitoires (GWTC-3 pour Gravitational-Wave Transient Catalog), aident les scientifiques à sonder plus en détail les profondeurs du cosmos.
Image d’entête : représentation artistique de deux trous noirs en collision. (Mark Myers/ ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav))
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l’espace-temps lui-même, créées lors de cataclysmes cosmiques tels que la fusion de trous noirs et la collision d’étoiles à neutrons. Elles ont été prédites pour la première fois au début du XXe siècle, mais n’ont pas été directement détectées avant 2015, avec des dizaines de signaux enregistrés au cours des six années suivantes.
Représentation artistique des ondes gravitationnelles. (NASA)
Et maintenant, avec le GWTC-3, la liste s’est allongée de 35, portant le nombre total de détections à 90. Ces nouveaux événements ont été détectés par les installations LIGO, Virgo et KAGRA au cours de la deuxième partie du cycle d’observation 3 (O3b), qui s’est déroulé de novembre 2019 à mars 2020 avant d’être interrompu par la pandémie COVID-19.
La grande majorité des nouvelles détections proviennent de la fusion de paires de trous noirs, mais deux événements semblent avoir été produits par un trou noir avalant une étoile à neutrons. Une autre détection est toutefois particulièrement étrange : elle implique un trou noir entrant en collision avec un « objet mystère » dont la masse est environ 2,8 fois celle du Soleil. Selon les définitions actuelles, cet objet est trop massif pour être une étoile à neutrons, mais trop léger pour être un trou noir.
La liste complète des détections d’ondes gravitationnelles à ce jour, y compris les masses de chaque objet précurseur et la masse de l’objet final. (Carl Knox/ OzGrav/ Université Swinburne)
Selon l’équipe, l’explication la plus probable est un trou noir de faible masse. La limite supérieure de la masse des étoiles à neutrons semble être assez bien définie en physique, à environ 2,1 masses solaires. Mais la limite inférieure pour les trous noirs, fixée à environ cinq masses solaires, est principalement basée sur des observations, de sorte que cette nouvelle détection, ainsi qu’un signal similaire en août 2019, pourrait montrer que nous devons réviser notre idée de la taille des trous noirs.
À l’autre extrémité de l’échelle, la nouvelle série d’observations a également révélé des monstres absolus. Un signal désigné GW200220_061928 impliquait une collision entre des trous noirs de 87 et 61 masses solaires, pour aboutir à un trou noir final de 141 masses solaires (les sept masses solaires manquantes ont été converties en énergie et emportées sous forme d’ondes gravitationnelles). Ce trou noir entre directement dans la catégorie intermédiaire, peu étudiée, des trous noirs stellaires et supermassifs.
Les astronomes ont pu déduire les spins/ la rotation de certains des trous noirs à partir de leurs signaux d’ondes gravitationnelles. Dans deux cas, il semble qu’avant leur fusion, les trous noirs tournaient à l’envers par rapport à leurs orbites respectives.
Selon les chercheurs, ce trésor de nouvelles données pourrait aider les astronomes à élucider les grands mystères du cosmos.
Selon le professeur Susan Scott, un des auteurs de l’étude :
C’est vraiment une nouvelle ère pour les détections d’ondes gravitationnelles et la population croissante de découvertes révèle tellement d’informations sur la vie et la mort des étoiles à travers l’univers. L’examen des masses et des rotations des trous noirs dans ces systèmes binaires indique comment ces systèmes se sont assemblés.
Cela soulève également des questions vraiment fascinantes. Par exemple, le système s’est-il formé à l’origine avec deux étoiles qui ont traversé ensemble leur cycle de vie et sont finalement devenues des trous noirs ? Ou bien les deux trous noirs ont-ils été poussés ensemble dans un environnement dynamique très dense, comme au centre d’une galaxie ?
Le quatrième programme d’observation devrait débuter à la fin de l’année 2022. La recherche a été soumise pour publication et est actuellement disponible sur le serveur de prépublication (pas encore revue par les pairs) arXiv : GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run et présentée sur le site du LIGO : GWTC-3, a third catalog of gravitational wave detections et de l’OzGrav : Scientists present largest number of gravitational wave detections to date from black holes and neutron stars.
