jeudi 1 juin 2017

Troisième détection de fusion de trous noirs par LIGO : 31 et 19 masses solaires!


On savait que LIGO avait trouvé au moins 6 nouveaux candidats depuis novembre dernier, lors de sa nouvelle campagne d'acquisitions d'ondes gravitationnelles. Voici donc la publication de la description de ce nouveau merger confirmé. Cette détection date du 4 janvier 2017, et porte donc le nom de GW170104.




La collaboration LIGO (Interferometry Gravitational-wave Observatory) publie sa découverte toujours dans la prestigieuse Physical Review Letters. Cette fusion de trous noirs est la plus lointaine des trois détectées à ce jour : 2,87 milliards d'années-lumière (presque deux fois plus loin que la première fusion détectée, la fameuse GW150914). La masse des deux trous noirs, qu'ont pu déduire les chercheurs des collaborations LIGO et VIRGO est respectivement de 31,2 et 19,4 masses solaires. Il s'agit donc encore de trous noirs relativement gros. Le signal gravitationnel a duré moins de 2 dixièmes de secondes.
Ce nouveau signal est très semblable aux deux premiers détectés, cependant, les chercheurs ont trouvé un élément intéressant dans le signal de GW170104 : la rotation d'au moins un des deux trous noirs pourrait avoir été anti-aligné par rapport au moment orbital angulaire du système (la direction dans laquelle les trous noirs tournaient l'un autour de l'autre). L'indice d'antialignement est cependant assez faible, même si il est significatif. Un tel phénomène, si il est observé souvent dans de futures observations de fusions de trous noirs, pourrait alimenter le scénario de formation des couples de trous noirs appelé "capture dynamique". Dans ce scénario, les trous noirs évoluent au départ totalement indépendamment l'un de l'autre, puis se retrouvent attirés l'un par l'autre au gré des interactions avec une forte densité en étoiles, puis finissent par être liés gravitationnellement. Ce scénario de formation est le concurrent du scénario appelé "évolution d'enveloppe commune". Dans ce dernier, les deux trous noirs naissent et évoluent dans le même système (un système d'étoiles binaires) et leur rotation intrinsèque est alors nécessairement alignée avec le moment angulaire total.

C'est très exactement le 4 janvier à 10h11:58 UTC que le détecteur de Hanford (Washington) a détecté le train d'ondes gravitationnelles et 3 millisecondes plus tard, l'interféromètre de Livingston (Louisiane) l'a détecté à son tour. Les données étant envoyée en quasi temps réel dans plusieurs laboratoires pour être analysées, c'est un chercheur allemand qui a reconnu très vite le signal.
Les chercheurs ont également produit rapidement la zone du ciel d'où pourrait provenir ce signal de fusion de trous noirs pour la fournir à plus de 80 groupes de recherche pour qu'ils observent très vite dans ces directions à la recherche d'éventuels contreparties dans de très nombreuses longueurs d'ondes, y compris des neutrinos.
Aucune contrepartie n'a été trouvée pour le moment, mais la quête va se poursuivre. Cette troisième détection directe de fusion de trous noirs vient asseoir fermement à la fois la Relativité Générale, dont la physique explique les ondes gravitationnelles observées. A partir de leurs données, les physiciens se sont même amusés à évaluer quelle devrait être la masse du graviton si ce dernier avait une masse. Ils obtiennent ainsi une limite supérieure qui vaut 7,7 10-23 eV...

Cette nouvelle détection conforte également l'intérêt de ce magnifique détecteur, qui va être renforcé très bientôt dans quelques mois avec son couplage avec l'interféromètre européen VIRGO. Ensemble, LIGO et VIRGO permettront de définir beaucoup plus précisément la direction d'origine des ondes gravitationnelles détectées.

Référence

GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific and Virgo Collaboration)
Physical Review Letters 118, 221101 (1 June 2017)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.221101

Illustrations 
Signal de GW 170104 mesuré par LIGO (Collaboration LIGO et VIRGO)