Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules

NOV 2021 : GWTC-3 : une nouvelle moisson de détections d'ondes gravitationnelles

2021-11-08T10:41:00Z

Du 1er avril 2019 au 27 mars 2020, les détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo ont réalisé une observation du ciel dénommée O3. Les 6 derniers mois de cette observation ont permis de détecter 35 évènements astrophysiques : 32 fusions de couples de trous noirs et 3 fusions d'un trou noir avec une étoile à neutrons. Ces 35 nouvelles détections sont décrites dans le catalogue GTWC-3 publié ce 8 novembre 2021.

Les 6 premiers mois de cette période d'observation (O3a) ont fourni 44 évènements détectés qui ont fait l'objet du catalogue GWTC-2.1 publié au mois de juillet 2021. Les 6 mois suivants (O3b) ont permis d'accumuler 35 évènements supplémentaires : 32 fusions de couples de trous noirs et 3 fusions d'un trou noir avec une étoile à neutrons. Ces 35 nouvelles détections sont décrites dans le catalogue GTWC-3 publié ce 8 novembre 2021. Depuis le 14 septembre 2015, date de la première détection d'une onde gravitationnelle, 90 évènements ont été observés par le réseau de détecteurs interférométriques LIGO et Virgo. Tous sont issus de la fusion de deux trous noirs, de deux étoiles à neutrons ou d'un trou noir et d'une étoile à neutrons [1].

Les 3 fusions étoile à neutrons – trou noir du catalogue GWTC-3, ont les particularités suivantes :

GW191219_163120 [2] est un couple très asymétrique formé d'un trou noir de 31.6 masses solaires (31 Mo) et d'une étoile à neutrons de 1.17 masse solaire (1.17 Mo). Cette dernière est l'étoile à neutrons la moins massive observée à ce jour.
GW200115_042309 est un couple étoile à neutrons (1.44 Mo) – trou noir (5.9 Mo) déjà largement décrit dans un article scientifique spécifiquement consacré à cette détection publie en juin 2021 (https://iopscience.iop.org/article/...)
GW200210_092254 est un couple étoile à neutrons (2.79 Mo) – trou noir (24.6 Mo) similaire au couple GW190814 détecté dans O3a pour lequel on ne sait pas si l'objet compact de 2.79 Mo est une étoile à neutrons très massive ou un trou noir très léger.

Au sein de ce catalogue GWTC-3, certains couples de trous noirs méritent aussi d'être mis en lumière :

GW200220_061928 est probablement le couple de trous noirs le plus massif observé pendant O3b : 86 Mo pour l'un et 59 Mo pour l'autre. Leur fusion a formé un trou noir de 141 Mo, qui fait partie des trous noirs de masse intermédiaire, c'est-à-dire entre les trous noirs issus de la mort d'une étoile massive (moins de 100 Mo) et les trous noirs super-massifs que l'on trouve au centre de la plupart des galaxies (plus de 1000000 Mo).
GW191129_134029 est le couple de trous noirs le moins massif observé dans O3b : 10.7 Mo et 6.8 Mo
GW191204_171526 est un couple de trous noirs (11.9 Mo et 8.2 Mo) pour lequel on a pu estimer de façon quasi-certaine que l'un d'eux au moins tournait sur lui-même, avec un axe de rotation dans la même direction que l'axe de rotation orbitale des deux trous noirs. La première observation d'un tel système était GW151226, décrite au sein du catalogue GTWC-1 publié en septembre 2019.
GW191109_010717 est un système similaire mais plus massif (65 Mo et 47 Mo) et possédant un axe de rotation dans la direction opposée à celle de l'axe orbital. Il est assez rare d'observer de tels objets astrophysiques tournant sur eux-mêmes dans la direction inverse de leur rotation orbitale.

Parmi les 35 détections de O3b, 18 sont des détections réalisées par les analyse en ligne et qui ont donc fait l'objet d'une alerte auprès des télescopes et satellites pour une éventuelle détection d'une contrepartie électromagnétique. Aucune de ces alertes n'a été suivie d'une telle détection. Cela met en lumière la chance exceptionnelle qui a accompagné la détection de la fusion de deux étoiles à neutrons le 17 aout 2017, la seule à ce jour qui fut également vue par les satellites et télescopes.

Aux 35 évènements qui ont été estimées statistiquement significatifs viennent s'ajouter, au sein de GWTC-3, 1048 candidats pour lesquels la probabilité qu'ils soient d'origine astrophysique est plus faible. Cette liste additionnelle permettra à de futures analyses de fournir d'autres évènements ou de permettre aux astronomes de chercher des contreparties optiques à posteriori.

Le catalogue GTWC-3 est accompagné de deux autres publications traitant des conséquences cosmologiques et astrophysiques de ces détections et d'une publication faisant le bilan des coïncidences entre ces évènements d'onde gravitationnelle et des évènements Gamma Ray Burst observés pendant O3b par les satellites. Enfin, GWTC-3 est aussi l'occasion de rendre public l'ensemble des données calibrées enregistrées par LIGO et Virgo sur la période O3b, entre Novembre 2019 et Mars 2020.

Comme le catalogue GWTC-2.1, le catalogue GTWC-3 est le fruit d'un énorme travail de construction, de mise au point des détecteurs et d'analyses des données auquel a contribué de façon importante l'équipe Virgo du LAPP.

Toutes les données sont disponibles dans https://www.gw-openscience.org et le catalogue GTWC-3 est publié ici : https://arxiv.org/abs/2111.03606

Sites internet : www.ligo.org , www.virgo-gw.eu , gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/
Article scientifique complet : https://dcc.ligo.org/P2000318/public/
Les données de O3b : www.gw-openscience.org/GWTC-3.

Cette image montre les 90 fusions de systèmes binaires d'astres compacts qui ont été observées à ce jour par le réseau global formé des détecteurs Advanced LIGO et Advanced Virgo. Chaque case représente un de ces événements dont le nom est indiqué dans la partie basse. Les masses des astres qui ont fusionné (trous noirs ou étoiles à neutrons) et des astres formés lors de ces fusions sont données en masses solaires. La couleur de chaque case indique pendant laquelle des trois prises de données le signal a été détecté : O1 en 2015-2016, O2 en 2016-2017 et O3 en 2019-2020. L'augmentation du taux d'événements pendant O3 est la conséquence de l'amélioration des performances des trois détecteurs du réseau ainsi que des méthodes d'analyse des données. On peut remarquer que le tableau contient en fait 91 cases car il inclut l'événement GW200105 bien que ce dernier signal soit considéré comme marginal (c'est-à-dire que son origine astrophysique est incertaine).

[1] Etoile à neutrons et trou noir sont deux résultats extrêmes de la fin de vie d'une étoile.

[2] Chaque évènement détecté est nommé selon sa date annee_mois_jour (yymmdd) et son horaire heure_minute_seconde (hhmmss) de détection : GWyymmdd_hhmmss

JUIN 2021 : Observation de couples trou noir - étoile à neutrons

2021-06-29T15:12:29Z

L'analyse des données O3 des détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo a révélé par deux fois une fusion « mixte » entre un trou noir et une étoile à neutrons. Cette découverte a été publiée le 29 juin 2021 dans Astrophysical Journal Letters.

Le 5 janvier 2020 puis le 15 janvier 2020 ont été détectés deux évènements : GW200105 et GW200115. Il s'agit d'un nouveau type de source d'ondes gravitationnelles prévu théoriquement mais encore jamais détecté avec certitude : la coalescence de « couples mixtes » composés d'un trou noir et d'une étoile à neutrons. GW200105 provenait de la rencontre, à 900 millions d'années-lumière de la Terre, entre un trou noir 8.9 fois plus massif que notre soleil et une étoile à neutrons 1.9 fois plus massive que notre soleil. GW200115, quant à lui, est issu d'objets 5.7 et 1.5 fois plus massifs que notre soleil et la rencontre a eu lieu à 1 milliard d'années-lumière de la Terre. L'absence d'observation de signaux lumineux par des télescopes pourrait être due, dans les deux cas, à l'absorption directe de l'étoile à neutrons par le trou noir.

Plusieurs hypothèses pourraient expliquer la formation de ces binaires « mixtes ». Une première hypothèse est la rencontre, dans un milieu stellaire très dense, d'un trou noir et d'une étoile à neutrons auparavant gravitationnellement séparés lors de leur formation. Une autre hypothèse, actuellement plus favorisée, est celle d'un couple d'étoiles en orbite l'une autour de l'autre évoluant à la fin de leur vie en un trou noir et une étoile à neutrons. Les futures observations et détections apporteront vraisemblablement plus de compréhension sur les mécanismes de formation de ces couples « mixtes ».

Les efforts des techniciens, ingénieurs et chercheurs du LAPP, que ce soit pour le système de détection, l'acquisition des données, le contrôle et l'étalonnage de l'interféromètre ou dans le domaine de la qualité des données et de l'analyse des données, ont participé à ces nouvelles détections.

Les données associées sont disponibles sur le site de science ouverte

Liens vers les communiqués de presse :

NOV 2020 : Publication du catalog GWTC-2

2020-11-19T14:36:03Z

L'ensemble des détections réalisées au cours de prises de données O1, O2 et O3a (premiers 6 mois de O3) est publié dans un catalogue : GWTC-2.

Ce catalogue 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).

Le résumé et les liens utiles sont ici.

AOUT 2017 : rencontre d'étoiles à neutrons enfin détectée

2017-10-19T07:38:31Z

Le 17 aout 2017 à 12:41:04 UTC, les détecteurs Advanced LIGO et Advanced Virgo ont détecté une onde gravitationnelle issue de la fusion de deux étoiles à neutrons. Un signal électromagnétique a été détecté 2 secondes plus tard par le satellite Fermi. Une contrepartie optique a ensuite été détectée par de nombreux télescopes près de la galaxie NGC 4993 située dans la zone du ciel pointée grâce aux trois détecteurs Advanced Virgo et Advanced LIGO.

Les deux étoiles à neutrons, situées à environ 40 Mpc de la Terre (130 millions d'années-lumière), ont spiralé l'une autour de l'autre en émettant une onde gravitationnelle visible dans les détecteurs pendant près de 100 secondes. Leur collision finale a généré l'émission de rayons gamma détectés par les satellites Fermi et Integral. Durant les semaines qui ont suivi, de nombreux télescopes et radiotélescopes ont pu voir et étudier les signaux électromagnétiques (dans le domaine visible, en rayons X et en onde radio) émis suite à cette fusion de deux étoiles à neutrons.

C'est la première fois que les détecteurs d'ondes gravitationnelles Advanced Virgo et Advanced LIGO détectent une onde gravitationnelle issue de la fusion de deux étoiles à neutrons. C'est aussi la première fois que des signaux électromagnétiques sont observés en coïncidence avec une détection d'onde gravitationnelle. L'astronomie multi-messagers a commencé...

Plus d'information sur GW170817 et sur Virgo web.

AOUT 2017 : Une première détection !

2017-10-07T11:00:00Z

Le 14 aout 2017 à 10:30:43 UTC, le détecteur interférométrique d'onde gravitationnelle Advanced Virgo, en coïncidence avec les deux détecteurs Advanced LIGO, a détecté pour la première fois une onde gravitationnelle.

Cette onde est issue de la fusion de deux trous noirs dont la masse est d'environ 30 et 25 fois la masse du Soleil. Cet événement a eu lieu a environ 540 Mpc de la Terre (1.8 milliards d'années-lumière) et a dégagé, sous forme d'onde gravitationnelle, une énergie de près de 3 fois la masse du Soleil en moins de 0.3 seconde. La conséquence sur les interféromètres Advanced Virgo et Advanced LIGO a été une modification de la longueur des bras d'environ 10^-19 mètre.

L'annonce de cette première detection a été faite le 27 septembre 2017 et a été suivie le 3 octobre par le prix Nobel décerné à R. Weiss, K. Thorne et B. Barish pour leur travail pionnier dans le domaine de la détection des ondes gravitationnelles.

Plus d'information sur GW170814 et sur Virgo web.

AOUT 2017 : Advanced Virgo entre dans la danse

2017-08-05T07:00:00Z

Après plusieurs mois de mise au point, le détecteur Advanced Virgo a commencé le 1er aout 2017 une prise de données commune avec les détecteurs américains Advanced LIGO.

La mise au point des différentes parties du détecteur, sa calibration et l'amélioration de sa sensibilité ont permis durant ces derniers mois d'atteindre une configuration de l'interféromètre Advanced Virgo capable de détecter des collisions d'étoiles à neutrons jusqu'à une distance d'environ 27 Mpc (environ 88 millions d'années-lumière), donc de pouvoir participer à la prise de données O2 commencée en janvier 2017 par les détecteurs américains Advanced LIGO. Il y aura sans doute des détections d'onde gravitationnelle à la clé...

Plus d'information sur Virgo web.

JANVIER 2017 : Advanced Virgo se prépare

2017-02-02T13:20:42Z

Le nouveau détecteur Advanced Virgo est en phase de mise au point et devrait prendre des données au cours de l'année 2017, en coïncidence avec les détecteurs Advanced LIGO (prise de données O2 et O3).

Un détecteur plus performant, Advanced Virgo, a été installé et est en cours de réglages et de mise au point. Il devrait commencer à prendre des données au cours de l'année 2017.
Les deux détecteurs Advanced LIGO ont commencé une seconde prise de données scientifique (run O2) depuis Novembre 2016. Advanced Virgo prévoit de rejoindre ce run d'observation et de contribuer à mieux localiser les sources d'ondes gravitationnelles détectées en coincidence avec LIGO.

FEVRIER 2016 : Ondes gravitationnelles détectées

2017-02-02T13:20:27Z

Première détection des ondes gravitationnelles !! Les deux détecteurs Advanced LIGO ont réalisé une première prise de données scientifique de Septembre 2015 à Janvier 2016 et l'analyse commune LIGO-Virgo de ces données a fourni la première observation d'un événement d'onde gravitationnelle.

L'annonce en a été faite le 11 février 2016.
Cette onde gravitationnelle provenait de la fusion de deux trous noirs de 29 et 36 fois la masse du soleil et situés à 1.3 milliards d'années-lumière de la Terre. Plus d'information sur Virgo web

2007-2011 : Premières prises de données

2017-02-02T13:19:47Z

L'expérience Virgo a effectué quatre prises de données scientifiques : VSR1 (mai - octobre 2007), VSR2 (juillet 2009 - janvier 2010), VSR3 (juillet - octobre 2010) , et VSR4 (juin - octobre 2011), avec une sensibilité lui permettant de détecter certaines sources d'ondes gravitationnelles jusqu'à plus de 12 Mpc (40 millions d'années-lumière).

Les trois premières prises de données ont été réalisées en coïncidence avec les deux détecteurs américains LIGO. Les analyses communes LIGO-Virgo de ces prises de données n'ont trouvé aucun candidat d'onde gravitationnelle.

La meilleur sensibilité obtenue par Virgo depuis 2007