Des scientifiques de l’Université de Glasgow célèbrent la publication d’un nouveau catalogue massif de détections d’ondes gravitationnelles, marquant une avancée majeure pour l’astronomie des ondes gravitationnelles.
Le Catalogue Transitoire d’Ondes Gravitationnelles-5.0 (GWTC-5) a été publié en ligne, accompagné de recherches soumises à Astrophysical Journal et Astrophysical Journal Letters.
Ce dernier catalogue ajoute 161 signaux nouvellement identifiés provenant de collisions de trous noirs détectés entre avril 2024 et fin janvier 2025 par les détecteurs LIGO aux États-Unis, Virgo en Italie et KAGRA au Japon. Ces installations composent la collaboration internationale LVK. Avec ces ajouts, le nombre total de détections d’ondes gravitationnelles confirmées atteint désormais 390.
Le catalogue élargi comprend plusieurs découvertes marquantes, notamment de nouvelles preuves de trous noirs de seconde génération, la localisation la plus précise jamais réalisée pour une source d’ondes gravitationnelles, et la première me de trois modes de vibration provenant d’un trou noir.
Des Décades de Recherche derrière les Découvertes
Les chercheurs de l’Université de Glasgow sont impliqués dans la science des ondes gravitationnelles depuis les années 1970. Leur équipe a joué un rôle clé dans la conception des systèmes de suspension de miroirs ultra-sensibles utilisés dans l’Observatoire des Ondes Gravitationnelles (NSF LIGO), une technologie essentielle pour détecter les petites distorsions dans l’espace-temps causées par les ondes gravitationnelles.
Depuis la première détection directe des ondes gravitationnelles en septembre 2015, les chercheurs de Glasgow ont continué à travailler aux côtés de scientifiques de la collaboration LVK pour améliorer les performances des détecteurs et les techniques d’analyse des données. À me que les instruments deviennent de plus en plus sensibles, le nombre de découvertes continue de croître.
Lors des périodes d’observation, le réseau détecte désormais environ trois à quatre événements d’ondes gravitationnelles chaque semaine. Les scientifiques s’attendent à ce que ce taux augmente encore avec les futures améliorations de la sensibilité des détecteurs.
La collaboration alterne entre des périodes d’observation qui collectent des données scientifiques et des périodes consacrées à la mise en service et à l’amélioration des détecteurs. En raison de ce cycle, le catalogue validé des ondes gravitationnelles, incluant les propriétés des sources et d’autres mes, est généralement mis à jour et partagé avec la communauté scientifique tous les six mois.
Dr. Daniel Williams, chercheur à l’Institut de Recherche Gravitationnelle, est co-président du groupe de travail sur les systèmes binaires compacts. Il a déclaré : « Cette mise à jour substantielle a encore élargi et approfondi notre connaissance de l’Univers, nous offrant de nombreux aperçus de ses objets les plus insaisissables : les trous noirs en collision. »
Découvertes Record en Ondes Gravitationnelles
Au-delà de l’augmentation spectaculaire du nombre d’événements d’ondes gravitationnelles connus, GWTC-5 comprend plusieurs observations qui ont établi de nouveaux records dans le domaine.
Parmi les points saillants figurent la localisation la plus précise d’une source d’ondes gravitationnelles jamais observée, le signal d’ondes gravitationnelles le plus clair jamais enregistré, et des preuves supplémentaires soutenant l’existence de trous noirs de seconde génération.
Un événement particulièrement important, connu sous le nom de GW240615, a été détecté par les deux observatoires LIGO aux États-Unis ainsi que par Virgo en Italie le 15 juin 2024. Cette observation a atteint la localisation la plus précise de toute source d’ondes gravitationnelles à ce jour.
Les scientifiques ont réduit son origine à une zone ne couvrant que six degrés carrés, une région remarquablement petite du ciel. L’événement a été produit lorsque deux trous noirs, avec des masses d’environ 26 et 30 fois celle du Soleil, ont fusionné à plus de trois milliards d’années-lumière de la Terre.
Mer l’Expansion de l’Univers
Alex Papadopoulos, chercheur en doctorat à l’Institut de Recherche Gravitationnelle, a expliqué que le catalogue élargi aide également les scientifiques à aborder l’une des plus grandes questions sans réponse de la cosmologie : à quelle vitesse l’Univers est-il en expansion ?
Il a déclaré : « Le catalogue GWTC-5.0 mis à jour nous fournit une collection beaucoup plus large de signaux d’ondes gravitationnelles pour aider à répondre à l’une des plus grandes questions en cosmologie : à quelle vitesse l’Univers s’étend-il ? »
Cette expansion est décrite par une valeur appelée constante de Hubble. Les ondes gravitationnelles permettent de mer cela en estimant à quelle distance se trouvent les objets en fusion, soit directement à partir du signal lui-même, soit en identifiant la galaxie où la fusion a eu lieu.
Une des améliorations majeures dans GWTC-5.0 par rapport aux catalogues précédents est l’inclusion des observations du détecteur Virgo, qui a repris après ne pas avoir participé à la précédente période d’observation. Avec ce détecteur supplémentaire, nous pouvons localiser les signaux d’ondes gravitationnelles dans le ciel de manière beaucoup plus précise, facilitant ainsi l’identification de la galaxie hôte de chaque fusion.
La Découverte du Signal d’Ondes Gravitationnelles le Plus Clair Jamais Détecté
Identifier une onde gravitationnelle nécessite bien plus que l’enregistrement d’un signal. Les scientifiques doivent séparer la faible ondulation dans l’espace-temps du bruit de fond constamment présent dans les détecteurs, un processus qui nécessite une analyse de données sophistiquée.
Dans le nouveau catalogue, le signal le plus clair jamais observé a atteint un rapport signal sur bruit (SNR) de 76,9, faisant de lui la détection la plus forte à ce jour.
Connu sous le nom de GW250114, le signal a atteint la Terre le 14 janvier 2025. Il a été produit par la fusion de deux trous noirs avec des masses très similaires (32 et 34 fois celle du Soleil) à plus d’un milliard d’années-lumière.
En raison de la clarté exceptionnelle du signal, les chercheurs ont pu réaliser certains des tests les plus détaillés jamais effectués à l’aide des ondes gravitationnelles, y compris le test le plus précis de la relativité générale à ce jour et la confirmation du théorème de l’aire des trous noirs de Stephen Hawking.
Dr. John Veitch, un universitaire de l’Université de Glasgow qui analyse les signaux des trous noirs, a déclaré : « Avec la puissance de GW250114, nous pouvons comparer l’espace-temps déformé avant et après la fusion des trous noirs, et avons constaté que la superficie des horizons des événements augmentait conformément aux lois de la mécanique des trous noirs de Hawking. »
Une Nouvelle Ère pour l’Astronomie des Ondes Gravitationnelles
L’augmentation rapide des détections d’ondes gravitationnelles modifie la manière dont les astronomes étudient l’Univers. Au lieu de se concentrer sur quelques événements extraordinaires, les chercheurs disposent désormais de centaines d’observations à comparer, leur permettant de découvrir des schémas plus larges dans la formation et l’évolution des trous noirs et d’autres objets compacts.
La publication de GWTC-5 marque une autre étape importante pour la communauté internationale des ondes gravitationnelles. En plus d’ajouter 161 nouvelles détections au dossier scientifique, le catalogue fournit un ensemble de données sans précédent que les chercheurs peuvent utiliser pour étudier l’évolution des trous noirs, tester les lois de la physique dans des conditions extrêmes, et affiner les mes de l’expansion de l’Univers.
Les contributions de l’Université de Glasgow à ce travail ont été soutenues par le financement du Conseil de la Science et des Technologies de UKRI (STFC). D’autres groupes de recherche sur les ondes gravitationnelles au Royaume-Uni recevant un soutien du STFC incluent les Universités de Birmingham, Cambridge, Cardiff, King’s College Londres, Nottingham, Portsmouth, Sheffield, Strathclyde, University College London, Queen Mary University, et l’Université de l’Ouest de l’Écosse.
