En mai 2023, peu après la remise en marche du LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) pour sa quatrième série d’observations, il a détecté un signal d’onde gravitationnelle provenant de la collision d’un objet, très probablement une étoile à neutrons, avec un trou noir présumé possédant une masse 2,5 à 4,5 fois supérieure à celle de notre Soleil.

Ce signal, appelé GW230529, intrigue les chercheurs car la masse du trou noir candidat se situe dans ce que l’on appelle un écart de masse entre les étoiles à neutrons les plus lourdes connues, qui font un peu plus de deux masses solaires, et les trous noirs connus les plus légers, qui font environ cinq masses solaires. Bien que le signal des ondes gravitationnelles ne puisse à lui seul révéler la véritable nature de cet objet, de futures détections d’événements similaires, en particulier ceux accompagnés d’éclats de lumière, pourraient détenir la clé pour répondre à la question de savoir dans quelle mesure les trous noirs peuvent être légers.

L’image montre la coalescence et la fusion d’un trou noir à écart de masse inférieur (surface gris foncé) avec une étoile à neutrons (fortement déformée par la gravité du trou noir). Cette image fixe issue d’une simulation de fusion met en évidence uniquement les composants de faible densité de l’étoile à neutrons, allant de 60 grammes par centimètre cube (bleu foncé) à 600 kilogrammes par centimètre cube (blanc). Sa forme met en valeur les fortes déformations du matériau de faible densité de l’étoile à neutrons. Crédit image : Ivan Markin, Tim Dietrich (Université de Potsdam), Harald Paul Pfeiffer, Alessandra Buonanno (Institut Max Planck de physique gravitationnelle)

« Les dernières découvertes démontrent l’impressionnante capacité scientifique du réseau de détecteurs d’ondes gravitationnelles, qui est nettement plus sensible qu’il ne l’était lors de la troisième période d’observation », déclare Jenne Driggers (PhD ’15), scientifique responsable de la détection au LIGO Hanford à Washington. l’une des deux installations, avec LIGO Livingston en Louisiane, qui composent l’Observatoire LIGO.

LIGO est entré dans l’histoire en 2015 après avoir réalisé la première détection directe d’ondes gravitationnelles dans l’espace. Depuis, LIGO et son détecteur partenaire en Europe, Virgo, ont détecté près de 100 fusions entre trous noirs, une poignée entre étoiles à neutrons, ainsi que des fusions entre étoiles à neutrons et trous noirs. Le détecteur japonais KAGRA a rejoint le réseau d’ondes gravitationnelles en 2019, et l’équipe de scientifiques qui analysent collectivement les données des trois détecteurs est connue sous le nom de collaboration LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Les observatoires LIGO sont financés par la National Science Foundation (NSF) et ont été conçus, construits et sont exploités par Caltech et le MIT.

Les dernières découvertes indiquent également que les collisions impliquant des trous noirs légers pourraient être plus fréquentes qu’on ne le pensait auparavant.

« Cette détection, le premier de nos résultats passionnants de la quatrième campagne d’observation LIGO-Virgo-KAGRA, révèle qu’il pourrait y avoir un taux plus élevé de collisions similaires entre des étoiles à neutrons et des trous noirs de faible masse que nous ne le pensions auparavant », explique Jess McIver. professeur adjoint à l’Université de la Colombie-Britannique, porte-parole adjoint de la collaboration scientifique LIGO et ancien boursier postdoctoral à Caltech.

Avant l’événement GW230529, un autre objet candidat intrigant à écart de masse avait été identifié. Lors de cet événement, survenu en août 2019 et connu sous le nom de GW190814, un un objet compact de 2,6 masses solaires a été trouvé dans le cadre d’une collision cosmique, mais les scientifiques ne savent pas s’il s’agissait d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir.

Après une pause pour maintenance et mises à niveau, la quatrième campagne d’observation des détecteurs reprendra le 10 avril 2024 et se poursuivra jusqu’en février 2025.

Écrit par Whitney Clavin

Source: Caltech