Le projet LIGO lance une nouvelle chasse aux ondes gravitationnelles

La dernière campagne, connue sous le nom de O4, a débuté le 24 mai.

Il y a sept ans, des chercheurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ont signalé la première détection d'ondes gravitationnelles. Maintenant, la liste des ondes gravitationnelles candidates compte près de 100.

Et les astronomes sont convaincus qu'ils peuvent trouver davantage de ces ondulations dans le tissu de l'espace-temps, qui sont causées par l'accélération d'objets massifs - par exemple, deux trous noirs en spirale l'un vers l'autre pour une fusion cataclysmique.

Le 24 mai a marqué le début de la course d'observation 4 (O4), le plus récent effort de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Avec des détecteurs d'ondes gravitationnelles récemment mis à niveau, les astronomes espèrent que l'O4 pourra faire de la vision des ondes gravitationnelles - et des objets qui les produisent - un événement quotidien.

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"Nous prévoyons d'aller de ce que nous avions dans notre précédente course - une étoile à neutrons tous les deux mois, un trou noir [binary] chaque semaine ou 10 jours", a déclaré Salvatore Vitale, astrophysicien au Massachusetts Institute of Technology (MIT) , "pour obtenir un trou noir binaire tous les jours ou deux, obtenir une étoile à neutrons chaque semaine."

Les ondes gravitationnelles sont un sous-produit de la relativité générale, comme l'envisageait Albert Einstein il y a un siècle. La relativité générale considère que l'espace et le temps sont comme un tissu. Chaque objet laisse une entaille dans ce tissu, que nous percevons comme la gravité. Dans ce monde, les perturbations - telles que la collision de deux trous noirs - peuvent envoyer des ondulations à travers le tissu. Les astronomes peuvent utiliser des détecteurs à base de laser pour repérer ces ondulations.

Comme le nom de LVK l'indique, la collaboration est un effort à plusieurs volets, combinant quatre détecteurs sur trois continents : les deux détecteurs de LIGO, un à Livingston, en Louisiane et un autre à Hanford, Washington ; Vierge en Europe, s'étendant à travers les plaines toscanes au sud-est de Pise, en Italie ; et KAGRA, sous les montagnes du centre du Japon.

Hélas, alors que O4 commence, seule la paire de LIGO est pleinement opérationnelle. Virgo doit subir des réparations sur un miroir endommagé et restera désactivé pendant une durée indéterminée. KAGRA, quant à lui, observera pendant un mois seulement avant de se déconnecter à nouveau ; il n'a pas atteint sa sensibilité cible et ses opérateurs espèrent le redémarrer fin 2024.

Les astronomes veulent plus de détecteurs car un seul détecteur d'ondes gravitationnelles ne fournit pas de détails sur la direction dans laquelle les ondes se déplacent. Ils ont donc besoin de plusieurs détecteurs pour réellement trianguler la source des ondes gravitationnelles. Avec les quatre, les astronomes pourraient tracer une source à seulement quelques degrés carrés de ciel. Avec seulement deux détecteurs, ils sont coincés avec un coin du ciel beaucoup plus large.

"Il va être plus difficile pour nous de dire à nos amis avec des télescopes où pointer leur télescope", a déclaré Vitale.

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Mais même deux détecteurs pourraient récolter une prime de science. Avec une sensibilité améliorée, les détecteurs peuvent détecter des ondes gravitationnelles plus faibles ou plus éloignées. Cela signifie que les scientifiques peuvent capter plus d'événements.

Et avec plus d'événements, ils espèrent commencer à répondre à une question imminente : où les trous noirs qu'ils voient ont-ils tendance à se former ?

Peut-être que des trous noirs se sont formés à l'intérieur des galaxies ; peut-être se sont-ils formés à l'extérieur, dans des amas globulaires ou dans des galaxies naines. Ou, peut-être, sont-ils primordiaux, s'étant formés dans l'espace brut au début de l'univers.

"Pour répondre à cette question, vous devez disposer d'un grand ensemble de données", a déclaré Vitale.

Le calendrier actuel de LVK prévoit que O4 fonctionnera pendant 18 mois, jusqu'en 2025. Ensuite, les détecteurs d'ondes gravitationnelles s'arrêteront pour des mises à niveau et des travaux d'ingénierie - et redémarreront vers 2027 pour une cinquième période d'observation plus longue.

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Rahul Rao est diplômé du SHERP de l'Université de New York et rédacteur scientifique indépendant, couvrant régulièrement la physique, l'espace et les infrastructures. Son travail a été publié dans Gizmodo, Popular Science, Inverse, IEEE Spectrum et Continuum. Il aime faire du train pour s'amuser et il a vu tous les épisodes survivants de Doctor Who. Il est titulaire d'une maîtrise en rédaction scientifique du Programme de rapports scientifiques, sanitaires et environnementaux (SHERP) de l'Université de New York et d'un baccalauréat de l'Université Vanderbilt, où il a étudié l'anglais et la physique.

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