Ondes gravitationnelles: LIGO redémarre avec une puissance exceptionnelle

Des chercheurs de l’Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO) viennent de lancer une nouvelle campagne de 18 mois qui devrait permettre de détecter et d’étudier les collisions les plus éloignées entre les trous noirs et les étoiles à neutrons. Après de nombreuses améliorations, les détecteurs de LIGO sont maintenant si sensibles qu’ils peuvent mesurer les ondes gravitationnelles, des ondulations dans la trame de l’espace-temps, émises par des trous noirs en collision dans des galaxies très lointaines. Les trous noirs sont des objets de l’espace-temps ayant une gravité si forte que même la lumière ne peut s’échapper. Deux trous noirs peuvent tourner autour l’un de l’autre. Ce mouvement crée des ondes gravitationnelles, des ondulations de l’espace-temps. Celles-ci peuvent être mesurées lorsque deux trous noirs entrent en collision, l’un des événements les plus énergiques de l’univers.

En 2015, LIGO a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles émises par deux trous noirs entrant en collision (phénomène de coalescence) à plus d’un milliard d’années-lumière de la Terre. La détection de ces ondes nécessite une grande précision: la déformation de l’espace-temps induite est mesurée par des miroirs, situés dans les longs tunnels de LIGO, avec une précision inférieure à la taille d’un proton.

Depuis cette détection initiale, LIGO et Virgo ont observé 90 événements d’ondes gravitationnelles causés par des collisions de trous noirs ou d’étoiles à neutrons. Ces dernières sont les restes compactes d’étoiles massives qui ont explosé en supernova.

Michael Landry, responsable du LIGO Hanford Observatory, prévoit que les instruments améliorés de LIGO détecteront plusieurs centaines d’événements au cours de ces 18 mois. Cela permettra aux astronomes d’étudier non seulement les paires individuelles de trous noirs, mais aussi l’ensemble de leur population.

Une représentation artistique de deux trous noirs fusionnant au sein du disque d’un trou noir supermassif.
Crédit: Caltech/R. Hurt (IPAC)

En 2017, LIGO a détecté la collision inédite de deux étoiles à neutrons. Ces observations ont permis aux chercheurs d’étudier comment les étoiles à neutrons en collision, de véritables usines nucléaires cosmiques, forment des éléments plus lourds que le fer. Pour les prochaines observations, Michael Landry espère détecter de nouvelles sources d’ondes gravitationnelles.

Au cours des prochains mois, LIGO prévoit de mesurer au moins un événement par semaine impliquant des trous noirs et des étoiles à neutrons en collision. De plus, d’autres mises à niveau prévues à la fin de cette décennie devraient permettre à LIGO d’observer plusieurs de ces événements par jour.