Communiqué de presse 10 Avril 2024
Ce 10 avril 2024, les détecteurs LIGO et Virgo reprennent ensemble l'observation des ondes gravitationnelles, pour une campagne (O4b) qui devrait durer jusqu’à janvier 2025 et collecter plus de 200 événements. Parmi ceux-ci, les astronomes espèrent détecter de nouveaux événements multi-messagers, émettant à la fois des ondes gravitationnelles et électromagnétiques que les telescopes peuvent traquer.
« L’astronomie des ondes gravitationnelles est devenue une méthode clé pour observer notre Univers. Avec les données de cette campagne d'observation, nous allons contribuer à élargir considérablement nos horizons et nos connaissances sur les parties les plus sombres et les plus violentes de l'Univers », a déclaré Patrick Brady, porte-parole de la collaboration scientifique LIGO. La période d’observation O4 avait en fait commencé pour les deux détecteurs LIGO le 24 mai 2023, et avait été arrêtée en janvier de cette année. Virgo avait décidé de ne pas y participer pour prolonger ses activités de mise en service afin d'atténuer l'impact de plusieurs sources de bruit. Quant au détecteur KAGRA, au Japon, il avait rejoint O4a pendant un mois avant de reprendre les opérations de mise au point.
Faire passer l'astronomie des ondes gravitationnelles à un niveau supérieur
« Les observatoires d’ondes gravitationnelles reposent sur des technologies de pointe, et à ce titre, sont confrontés à de nombreux défis. Aujourd'hui, nous sommes très heureux de nous joindre à la nouvelle campagne d'observation. La contribution de Virgo sera cruciale pour la localisation des événements multimessagers que nous esperons détecter », déclare Gianluca Gemme, porte-parole de Virgo et chercheur à l'INFN.
La nouvelle campagne d’observation (O4b) des détecteurs LIGO, KAGRA et Virgo devrait durer au total 18 mois, hors interruptions de mise en service. Au cours des sept premiers mois et demi (O4a), les deux détecteurs LIGO ont pu identifier 81 événements classés candidats gravitationnels hautement probables. Ce nombre est conforme au taux attendu de détection d'une fusion d’astres compacts tous les 2 ou 3 jours. D’ici la fin de la période d’observation, en février 2025, un taux de détection similaire conduit à plus de 200 signaux gravitationnels.
L'énorme quantité de données recueillies pendant O4a est toujours en cours d'analyse, et les scientifiques de la collaboration scientifique LIGO-Virgo-KAGRA s'attendent à ce qu'O4 tienne sa promesse de faire passer l'astronomie des ondes gravitationnelles à un niveau plus élevé.
Le 5 avril 2024 la collaboration a dors et déjà annoncé la découverte de la fusion d'une étoile à neutrons avec un objet compact plus lourd, dont la masse, si c'est bien un trou noir, est plus légère que celles observés jusqu'a présent.
D'autres observations astrophysiques, parmi les plus significatives, seront annoncées dès les prochains mois. La sensibilité accrue des détecteurs améliore la capacité des scientifiques à tester la théorie de la relativité générale d'Einstein et à déduire la population d’astres compacts, restes d’étoiles éteintes dans l'Univers local.
Améliorations de la science et de la technologie
LIGO
Les détecteurs LIGO ont suspendu les observations O4a pour une période d’optimisation programmée. Cet arrêt a permis d’améliorer les systèmes optiques qui « compressent » la lumière laser dans des états quantiques particuliers qui réduisent les bruits qu’elle créée de façon intrinsèque . Un autre effort a permis de localiser et isoler les sources de bruit dans les nombreuses chambres à vide des halls expérimentaux situés aux extrémités des bras de 4 kilomètres. Les modifications apportées vont améliorer la sensibilité et la disponibilité des antennes. Dans O4a, la sensibilité avait pu passer de140 Mpc à plus de 160 Mpc pour des couples étoiles à neutrons. Cette augmentation devrait se poursuivre dans O4b.
Virgo
« Relever les défis forme le quotidien des projets qui font reculer la frontière de la science et de la technologie, comme la mise à niveau et la mise en service d'un détecteur d'ondes gravitationnelles », déclare Gianluca Gemme, porte-parole de Virgo et chercheur à l'INFN. « La bonne nouvelle est qu'après avoir traversé une longue période de mise en service et de nombreuses difficultés, nous avons réussi à améliorer la sensibilité du détecteur jusqu'à 60 Mpc. C’est le niveau les plus élevé atteint par Virgo dans le passé. Le travail pour améliorer encore la sensibilité va se poursuivre pendant l'exploitation. » Ainsi, à l'heure actuelle, Virgo peut détecter la fusion « standard » de deux étoiles à neutrons jusqu'à une distance de 60 Mégaparsecs (Mpc), soit environ 220 millions d'années-lumière de la Terre. Bien sûr, des événements plus violents ou plus massifs, comme les collisions de trous noirs, sont également détectables dans des parties beaucoup plus profondes de l'Univers.
KAGRA
Le détecteur KAGRA, au Japon, qui avait prévu de rejoindre le début de la campagne O4b, doit d’abord se remettre des dommages causés dans plusieurs installations de l'expérience par le séisme de la péninsule de Noto (magnitude 7,6, à 120 km du centre de KAGRA. Le tunnel, le système de vide et le système cryogénique de KAGRA ont subi des dommages mineurs, mais surtout, 9 des 20 systèmes de suspension des miroirs doivent être réparés, ce qui implique un retard d'au moins six mois. KAGRA rejoindra O4b après ces reparations avec une portée d'environ 10 Mpc.
Les objectifs scientifiques de cette campagne d'observation
Dans les mois à venir, l'espoir est bien sûr de pouvoir détecter de nouveaux événements multimessagers, dont le le rayonement électromagnétique pourra être suivi par des télescopes sur Terre ou dans l'espace, comme dans le cas de l'observation capitale du 17 août 2017 (GW170817) de la fusion de deux étoiles à neutrons. La présence de Virgo pourra créer une différence très significative et augmenter les performances scientifiques du réseau dans la localisation des sources de ces événements exceptionnels dans le ciel, tels que les fusions d'étoiles à neutrons, des fusions d'un trou noir avec une étoile à neutrons ou des explosions de supernovae, ces dernières n'ayant encore jamais été observées en ondes gravitationnelles.
Outre l’amelioration des instruments, les nouveaux modèles de signaux, plus précis et les méthodes d'analyse des données plus performantes augmenteront les chances de réunir des preuves de signaux gravitationnels d'autres types. L’un d’eux pourrait être ce que l’on appelle les ondes gravitationnelles continues, des signaux avec une fréquence presque constante et bien définie qui sont générés par des étoiles à neutrons en rotation (pulsars) possèdant une distribution de masse asymétrique, comme une « montagne » à leur surface. Une telle montagne de seulement quelques millimètres de hauteur suffirait à génerer des signaux gravitationneles détectables.
Les nouvelles données d'O4 pourraient également contribuer à élargir nos connaissances sur le fond gravitationnel primordial, provoqué par le chevauchement aléatoire des ondes gravitationnelles produites dans les premiers stades de la naissance de l'Univers, ainsi que sur les fonds similaires produits par une combinaison de plusieurs ondes gravitationnelles simultanées, venant de fusions, de sursauts ou de signaux continus provenant de tout l’Univers. L'indice d'un tel fond stochastique probablement dû aux binaires de trous noirs supermassifs a été obtenu récemment, de manière indirecte, par des réseaux de radiotélescopes tels que EPTA, InPTA, NANOGrav, PPTA et CPTA.
Un grand nombre de chercheurs du LIGO, Virgo et KAGRA travaillent à l'analyse des observations réalisées dans O4a, et se préparent à celles des mois à venir. Les nombreuses activités, sur plusieurs axes de recherche, sont partagées entre les trois collaborations et rendues possibles par les apports de chacune. D’autre part, comme lors des précédentes campagnes d'observation, les alertes concernant les candidats à la détection d'ondes gravitationnelles seront diffusées publiquement pendant O4b. Les informations sur la façon de recevoir et d'interpréter les alertes publiques sont disponibles sur OpenLVEM Web.
Observatoires d'ondes gravitationnelles
LIGO est financé par la NSF et géré par Caltech et le MIT, qui ont conçu et construit le projet. Le soutien financier au projet Advanced LIGO a été dirigé par la NSF, l'Allemagne (Max Planck Society), le Royaume-Uni (Science and Technology Facilities Council) et l'Australie (Australian Research Council) prenant des engagements et des contributions importantes au projet. Plus de 1 600 scientifiques du monde entier participent à cet effort par le biais de la collaboration scientifique LIGO, qui comprend la collaboration GEO. Des partenaires supplémentaires sont répertoriés sur ligo.org.
La collaboration Virgo est actuellement composée d'environ 880 membres issus de 152 institutions dans 17 pays différents, principalement européens. L'Observatoire gravitationnel européen (EGO) héberge le détecteur Virgo près de Pise en Italie et est financé par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France, l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie et l'Institut national de recherche subatomique. Physique (Nikhef) aux Pays-Bas. La liste des groupes de la collaboration Virgo est disponible sur www.virgo-gw.eu. Plus d'informations sont disponibles sur le site Web de Virgo.
KAGRA est un interféromètre laser possèdant une longueur de bras de 3 km, situé à Kamioka, Gifu, au Japon. L'institut hôte est l'Institut de recherche sur les rayons cosmiques (ICRR) de l'Université de Tokyo et le projet est co-organisé par l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) et l'Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK). La collaboration KAGRA est composée de plus de 400 membres issus de 128 instituts dans 17 pays/régions. Les informations sur KAGRA destinées au grand public peuvent être trouvées sur https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Les ressources destinées aux chercheurs sont accessibles sur http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.
Contacts
Marie-Anne Bizouard, responsable du groupe Virgo de l’Observatoire de la Côte d’Azur, marieanne.bizouard@oca.eu
Gilles Bogaert, responsable de communication du laboratoire Artemis. bogaert@oca.eu
Marc Fulconis, responsable de commhnciation de l’OCA, marc.fulconis@oca.eu
