Visualisation des trous noirs dans un amas. (Aaron M. Geller, Université Northwestern/CIERA) Il y a un peu plus de cinq ans, l'humanité n'avait pas encore détecté ondes gravitationnelles .
Désormais, les observations affluent à une vitesse étonnante. Au cours d'une période de six mois l'année dernière, la collaboration LIGO-Virgo a détecté, en moyenne, 1,5 onde gravitationnelle événements par semaine.
Du 1er avril au 1er octobre 2019, les interféromètres LIGO et Virgo améliorés ont détecté 39 nouveaux événements d'ondes gravitationnelles : les ondes de choc se propageant dans l'espace-temps à partir de collisions massives entre étoiles à neutrons ou trous noirs . Au total, le Gravitational-Wave Transient Catalog 2 (GWTC-2) compte désormais 50 événements de ce type.
Cela nous a donné le recensement le plus complet des trous noirs de notre boîte à outils, représentant une gamme de trous noirs qui non seulement n'avaient jamais été détectés auparavant, mais qui peuvent révéler des profondeurs jusque-là inconnues de l'évolution et des vies ultérieures des étoiles binaires.
'L'astronomie des ondes gravitationnelles est révolutionnaire - elle nous révèle la vie cachée des trous noirs et des étoiles à neutrons', a déclaré l'astronome Christopher Berry de la Northwestern University, membre de la LIGO Scientific Collaboration (LSC).
«En seulement cinq ans, nous sommes passés de l'ignorance de l'existence des trous noirs binaires à un catalogue de plus de 40. La troisième campagne d'observation a donné plus de découvertes que jamais auparavant. En les combinant avec des découvertes antérieures, on obtient une belle image de la riche variété de binaires de l'Univers.
Vous avez déjà entendu parler de certaines des nouvelles découvertes faites lors de la course d'observation.
GW 190412 (les événements d'ondes gravitationnelles sont nommés d'après leur date de détection) a été le premier trou noir collision dans laquelleles deux trous noirs avaient des masses très différentes; toutes les autres collisions de trous noirs détectées auparavant avaient impliqué des binaires de masse plus ou moins égale.
On pense que GW 190425 provient deune collision entre deux étoiles à neutrons, seul le deuxième jamais détecté (le premier était en août 2017).
GW 190521 enfina confirmé l'existence de la classe insaisissable des « poids moyens »des trous noirs, entre ceux de masse stellaire, et les mastodontes supermassifs.
Et GW 190814 étaitla première collision qui impliquait un objet dans le 'mass gap'entre les étoiles à neutrons et les trous noirs.
'Jusqu'à présent, la troisième campagne d'observation de LIGO et de Virgo a livré de nombreuses surprises', a déclaré l'astronome Maya Fishbach de l'Université Northwestern et LSC.
«Après la deuxième campagne d'observation, je pensais avoir vu tout le spectre des trous noirs binaires, mais le paysage des trous noirs est beaucoup plus riche et varié que je ne l'imaginais. J'ai hâte de voir ce que les futures observations nous apprendront.
Ce n'est pas tout ce que le nouveau transport de données avait à offrir. Deux autres événements, GW 190426_152155 et GW 190924_021846, se sont démarqués comme extraordinaires. Et oui, ces noms sont plus longs : comme nous détectons de plus en plus d'événements, la date peut ne pas être suffisante pour les distinguer, donc la nouvelle convention de dénomination est d'inclure l'heure en UTC.
'L'une de nos nouvelles découvertes, GW 190426_152155, pourrait être la fusion d'un trou noir d'environ six masses solaires avec un étoile à neutrons . Malheureusement, le signal est plutôt faible, nous ne pouvons donc pas être entièrement sûrs,' a déclaré l'astronome Serguei Ossokine de l'Institut Albert Einstein de Potsdam en Allemagne.
'GW 190924_021846 est certainement issu de la fusion des deux trous noirs les plus légers que nous ayons vus jusqu'à présent. L'un avait la masse de six soleils, l'autre celle de neuf soleils. Il y a des signaux de fusions avec des objets moins massifs comme GW 190814 mais nous ne savons pas avec certitude s'il s'agit de trous noirs.
La nouvelle population de fusions de trous noirs et d'étoiles à neutrons a été décrite dans quatre articles préimprimés.
Le premier papier catalogue les 39 nouveaux événements. Le deuxième papier reconstruit les distributions de masse et de spin de 47 événements de fusion trouvés dans l'ensemble du catalogue GWTC-2, et estime le taux de collisions de trous noirs et d'étoiles à neutrons. Le troisième papier recherche minutieusement les sursauts gamma associés aux événements de fusion (il n'en a trouvé aucun). Et le quatrième papier évalue les données par rapport aux prévisions de relativité générale ; spoiler, la relativité générale tient complètement.
Dans l'ensemble, la nouvelle collection d'événements de fusion n'est pas seulement un moyen d'étudier les collisions. Cela nous donne un moyen d'étudier directement les trous noirs, qui - comme ils n'émettent aucun rayonnement détectable - sont notoirement difficiles à sonder.
Grâce aux ondes gravitationnelles, nous en savons beaucoup plus sur ces objets qu'il y a encore un an. Et ça va faire boule de neige à partir d'ici.
«La fusion des binaires des trous noirs et des étoiles à neutrons est un laboratoire unique», Berry a dit .
'Nous pouvons les utiliser pour étudier à la fois la gravité - jusqu'à présent, la relativité générale d'Einstein a passé tous les tests - et l'astrophysique de la façon dont les étoiles massives vivent leur vie.' LIGO et Virgo ont transformé notre capacité à observer ces binaires et, à mesure que nos détecteurs s'améliorent, le rythme de découverte ne fera que s'accélérer.
LIGO a téléchargé les prépublications sur son site Web en attendant l'examen par les pairs. Ils peuvent être trouvés ici , ici , ici et ici .