Dix nouvelles ondes gravitationnelles découvertes dans les données O3a de LIGO-Virgo

Crédit : Pixabay / CC0 Domaine public

Au cours des sept dernières années, les scientifiques de la collaboration LIGO-Virgo (LVC) ont détecté 90 signaux d’ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles sont des perturbations dans le tissu de l’espace-temps qui se propagent à la suite d’événements cataclysmiques comme la fusion de trous noirs binaires (BBH). Dans les observations de la première moitié de la plus récente campagne expérimentale, qui s’est poursuivie pendant six mois en 2019, la collaboration a signalé des signaux provenant de 44 événements BBH.

Mais les valeurs aberrantes se cachaient dans les données. Élargissant la recherche, un groupe international d’astrophysiciens a réexaminé les données et a trouvé 10 fusions de trous noirs supplémentaires, toutes en dehors du seuil de détection de l’analyse originale du LVC. Les nouvelles fusions font allusion à des scénarios astrophysiques exotiques qui, pour l’instant, ne peuvent être étudiés qu’en utilisant l’astronomie des ondes gravitationnelles.

“Avec les ondes gravitationnelles, nous commençons maintenant à observer la grande variété de trous noirs qui ont fusionné au cours des derniers milliards d’années”, explique le physicien Seth Olsen, titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université de Princeton qui a dirigé la nouvelle analyse. Chaque observation contribue à notre compréhension de la formation et de l’évolution des trous noirs, dit-il, et la clé pour les reconnaître est de trouver des moyens efficaces de séparer les signaux du bruit.

Olsen décrira comment son groupe a trouvé les fusions le 11 avril lors d’une session à la réunion d’avril 2022 de l’APS. Il répondra également aux questions des médias lors d’une conférence de presse en ligne le 10 avril à 10 h HAE.

Notamment, les observations comprenaient des phénomènes provenant de trous noirs de masse élevée et faible, comblant les lacunes prévues dans le spectre de masse du trou noir où peu de sources ont été détectées. La plupart des modèles de physique nucléaire suggèrent que les étoiles ne peuvent pas s’effondrer en trous noirs avec des masses comprises entre environ 50 et 150 fois la masse du soleil. “Lorsque nous trouvons un trou noir dans cette gamme de masse, cela nous en dit plus sur la façon dont le système s’est formé”, explique Olsen, “car il y a de fortes chances qu’un trou noir à écart de masse supérieur soit le produit d’un précédent. fusionnement. ”

Les modèles de physique nucléaire suggèrent également que les étoiles ayant moins de deux fois la masse du soleil deviennent des étoiles à neutrons plutôt que des trous noirs, mais presque tous les trous noirs observés ont plus de cinq fois la masse du soleil. Les observations de fusions de faible masse peuvent aider à combler le fossé entre les étoiles à neutrons et les trous noirs les plus légers connus. Pour les écarts de masse supérieurs et inférieurs, un petit nombre de trous noirs avaient déjà été détectés, mais les nouvelles découvertes montrent que ces types de systèmes sont plus courants que nous ne le pensions, dit Olsen.

Les nouvelles découvertes incluent également un système que les scientifiques n’avaient jamais vu auparavant : un trou noir lourd, tournant dans une direction, engloutissant un trou noir beaucoup plus petit qui avait été en orbite dans la direction opposée. “La rotation du trou noir le plus lourd n’est pas exactement anti-alignée avec l’orbite”, dit Olsen, “mais plutôt inclinée quelque part entre les côtés et à l’envers, ce qui nous indique que ce système peut provenir d’une sous-population intéressante de fusions BBH où les angles entre les orbites BBH et les spins du trou noir sont tous aléatoires.”

L’identification d’événements tels que les fusions de trous noirs nécessite une stratégie capable de distinguer les signaux significatifs du bruit de fond dans les données d’observation. Ce n’est pas sans rappeler les applications pour smartphone qui peuvent analyser la musique – même si elle est jouée dans un lieu public bruyant – et identifier la chanson qui est jouée. Tout comme une telle application compare la musique à une base de données de modèles ou aux signaux de fréquence de chansons connues, un programme de recherche d’ondes gravitationnelles compare les données d’observation à un catalogue d’événements connus, comme les fusions de trous noirs.

Pour trouver les 10 événements supplémentaires, Olsen et ses collaborateurs ont analysé les données LVC à l’aide du “pipeline IAS”, une méthode développée pour la première fois à l’Institute for Advanced Studies et dirigée par l’astrophysicien de Princeton Matias Zaldarriaga. Le pipeline IAS diffère de deux manières importantes des pipelines utilisés par le LVC. Premièrement, il intègre une analyse de données avancée et des techniques numériques pour améliorer le traitement du signal et l’efficacité de calcul des pipelines LVC. Deuxièmement, il utilise une méthodologie statistique qui sacrifie une certaine sensibilité aux sources que les approches LVC sont les plus susceptibles de trouver afin de gagner en sensibilité aux sources que les approches LVC sont les plus susceptibles de manquer, comme les trous noirs en rotation rapide.

Auparavant, Zaldarriaga et son équipe utilisaient le pipeline IAS pour analyser les données des exécutions précédentes du LVC, et identifiaient de la même manière les fusions de trous noirs qui avaient été manquées dans l’analyse de première exécution. Il n’est pas possible de simuler l’univers entier, dit Olsen, ou même l’éventail incroyablement large des façons dont les trous noirs pourraient se former. Mais des outils comme le pipeline IAS, dit-il, “peuvent jeter les bases de modèles encore plus précis à l’avenir”.


Des chercheurs révèlent les origines de la fusion des trous noirs


Fourni par la Société américaine de physique

Citation: Dix nouvelles ondes gravitationnelles trouvées dans les données O3a de LIGO-Virgo (8 avril 2022) récupérées le 13 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-ten-gravitational-ligo-virgo-o3a.html

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