Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
Science

Le nouveau catalogue des détections d’ondes gravitationnelles par LIGO-Virgo

Le catalogue GWTC-2 (« Gravitational-Wave Transient Catalog 2 ») des détections d’ondes gravitationnelles réalisées par LIGO et Virgo vient d’être publié. Il couvre la période allant du tout premier signal observé en 2015 jusqu’à la fin de la première moitié de la prise de données commune LIGO-Virgo O3a (du 1er avril 2019 au 1er octobre 2019), qui a permis d’ajouter 39 événements aux 11 signaux d’ondes gravitationnels qui formaient la première édition du catalogue : GWTC-1. GWTC-2 compte donc au total 50 événements. Les détections réalisées lors du run O3a sont interprétées comme des fusions de systèmes binaires de trous noirs, de systèmes binaires d’étoiles à neutrons ou de systèmes mixtes étoile à neutrons + trou noir.

Parmi les 39 détections de O3a, plusieurs évènements remarquables ont déjà fait l’objet d’une publication : par exemple les premières fusions d’astres avec des masses particulièrement différentes (GW190412 et GW190814) ou la fusion de deux trous noirs très massifs, qui a donné naissance à un trou noir de 150 fois la masse du Soleil (GW190521).

De plus, le catalogue GWTC-2 inclut des événements dans une région à basse masse (entre les étoiles à neutrons les plus lourdes et les trous noirs les plus légers), appelée en anglais « lower mass gap » et qui était vierge de toute source connue jusqu’alors. C’est le cas par exemple des astres les plus légers des systèmes binaires GW190814 et GW190924_021846.

Les détections de O3a sont le résultat combiné des améliorations apportées aux détecteurs LIGO et Virgo, d’une réduction des bruits transitoires et des progrès réalisés dans les algorithmes de détection. Le LAPP a participé à plusieurs des améliorations du détecteur Virgo, au travers de ses responsabilités dans le système de détection du faisceau laser, dans le système d’acquisition et contrôles numériques du détecteur, dans la calibration, la réduction des bruits transitoires, la participation au commissioning et la recherche en ligne de signaux issus de fusions de trous noirs ou d’étoiles à neutrons. Toutes ces améliorations ont permis d’augmenter la sensibilité des détecteurs donc la distance jusqu’à laquelle les sources d’ondes gravitationnelles peuvent être détectées.

Sur les 39 événements détectés pendant O3a, 26 ont fait l’objet d’alertes publiques en temps réel envoyées aux observatoires et satellites pour qu’ils tentent de voir une contrepartie optique de chacun de ces évènements. Les 13 autres ont été détectés par une analyse plus complète des données, avec une meilleure estimation du bruit de fond.

L’analyse des données enregistrées lors de la seconde partie du run O3, appelée O3b, est en cours . Elle donnera lieu à une nouvelle édition augmentée du catalogue GWTC, vraisemblablement au cours de l’année 2021. Depuis la fin de O3, les détecteurs sont engagés dans une nouvelle phase d’amélioration qui les rendra encore plus sensibles et augmentera au moins d’un facteur deux leur volume d’univers observable. La prochaine prise de données O4 est prévue pour commencer en 2022

Figure 1 : les 50 fusions de trous noirs ou d’étoiles à neutrons détectées par LIGO et Virgo depuis la première détection en septembre 2015. Pour chacune d’elles sont indiquées les masses de des corps qui ont fusionné et la masse du trou noir qui résulte de cette fusion.
Figure 2 : les détections accumulées au cours des prises de données O1, O2 et O3. On y voit les multiples détections réalisées pendant le mois d’Août 2017, à la fin de O2, et les très nombreuses détections réalisées pendant les 6 premiers mois de O3.

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