La plus riche campagne d’observation jamais menée par LIGO, Virgo et KAGRA s’achève aujourd’hui

La collaboration internationale LIGO-Virgo-KAGRA annonce aujourd’hui l’achèvement de la quatrième campagne d’observation (appelée O4) du réseau international de détecteurs d’ondes gravitationnelles. Lancée en mai 2023, cette campagne s’achève aujourd’hui après une période d’observations coordonnées qui a duré plus de deux ans, durant laquelle l’analyse des données a également été réalisée en parallèle.

Quelque 250 nouveaux signaux ont été détectés lors de cette campagne d’observation, représentant une part importante (plus des deux tiers) des quelque 350 signaux gravitationnels détectés à ce jour par la collaboration LIGO, Virgo et KAGRA. L’augmentation du nombre d’événements observés à chaque nouvelle campagne d’observation est due à l’amélioration progressive des technologies de détection et à l’accroissement de la sensibilité qui en découle.

Ces progrès ont permis de nombreuses découvertes ces dernières années, et certains des résultats les plus significatifs de cette campagne d’observation ont déjà été annoncés et publiés. Ils ont contribué à approfondir notre compréhension de la nature des systèmes binaires compacts, ainsi que de certains processus physiques fondamentaux de l’Univers.

« L’achèvement de la campagne O4 marque une étape historique : Ce fut la plus longue campagne d’observation jamais menée par le réseau mondial d’ondes gravitationnelles », a déclaré Gianluca Gemme, porte-parole de la collaboration Virgo et chercheur à l’Institut national italien de physique nucléaire (INFN). « Virgo y a joué un rôle crucial, contribuant à la détection et à la caractérisation de nombreux signaux. Le succès de la campagne O4 témoigne de la force de la collaboration internationale et des efforts constants de nos équipes pour repousser les limites de ces mesures précises et complexes. Pour l’avenir, nous préparons des améliorations majeures qui augmenteront considérablement la sensibilité de nos détecteurs, garantissant ainsi un impact scientifique toujours plus important. »

L’analyse de certains des événements les plus intéressants de cette dernière campagne a déjà donné des résultats particulièrement importants. Par exemple, l’analyse de l’événement GW250114 a permis aux scientifiques d’« entendre » avec une précision sans précédent la fusion de deux trous noirs, apportant ainsi une preuve observationnelle d’un théorème énoncé par Stephen Hawking en 1971, selon lequel la surface totale des trous noirs ne peut qu’augmenter. Dans ce cas précis, les trous noirs initiaux avaient une surface totale de 240 000 kilomètres carrés, tandis que la surface finale était d’environ 400 000 kilomètres carrés : une nette augmentation.

Un autre résultat important, déjà publié il y a quelques mois, est la première détection de trous noirs dits de « seconde génération », GW241011 et GW241110. Ces événements présentent des caractéristiques inhabituelles en termes de taille et d’orientation d’axe de rotation, pouvant s’expliquer par l’hypothèse qu’ils résultent eux-mêmes de fusions antérieures. Autrement dit, il s’agirait de systèmes formés dans des environnements cosmiques extrêmement denses et « chaotiques », tels que les amas d’étoiles, au sein desquels les trous noirs sont davantage susceptibles d’entrer en collision et de fusionner de manière répétée.

Une autre détection importante, GW231123, marque l’observation de la fusion de trous noirs la plus massive jamais observée, résultant en un trou noir final plus de 225 fois plus massif que notre Soleil. Cet événement remet en question nos modèles actuels d’évolution stellaire et de formation des trous noirs. Bien entendu, d’autres découvertes de premier plan sont également attendues, de l’analyse des centaines d’autres événements collectés au cours des deux dernières années, actuellement examinés avec soin et qui seront publiés dans les prochains mois dans un recueil complet : le « catalogue » des signaux gravitationnels O4. 

Les interféromètres LIGO, Virgo et KAGRA se préparent à une nouvelle phase de mise à niveau technologique et de tests, au cours des prochaines années. Cette mise à niveau sera probablement effectuée en plusieurs étapes, entrecoupées de périodes de collecte de données, et une nouvelle campagne d’observation débutera à la fin de l’été ou au début de l’automne 2026 et durera environ six mois.

La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA 

LIGO est financé par la NSF et exploité par Caltech et le MIT, qui ont conçu et réalisé le projet. Le soutien financier du projet Advanced LIGO a été piloté par la NSF, avec l’implication et la contribution significatives de l’Allemagne (Société Max Planck), du Royaume-Uni (Science and Technology Facilities Council) et de l’Australie (Australian Research Council). Plus de 1 600 scientifiques du monde entier participent à cet effort au sein de la collaboration scientifique LIGO, qui inclut la collaboration GEO. La liste complète des institutions membres est disponible à l’adresse https://my.ligo.org/census.php. 

La collaboration Virgo compte actuellement environ 1 000 membres issus de plus de 150 institutions réparties dans 15 pays (principalement européens). L’Observatoire gravitationnel européen (EGO) héberge le détecteur Virgo près de Pise, en Italie. Il est financé par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) en France, l’Institut national de physique nucléaire (INFN) en Italie, l’Institut national de physique subatomique (Nikhef) aux Pays-Bas, le Fonds de la recherche scientifique – Flandre (FWO) et le Fonds de la recherche scientifique belge (FRS-FNRS) en Belgique. Pour plus d’informations, consultez le site web de Virgo : https://www.virgo-gw.eu. 

KAGRA est un interféromètre laser doté de bras de 3 km, situé à Kamioka, dans la préfecture de Gifu, au Japon. L’institut hôte est l’Institut de recherche sur les rayons cosmiques (ICRR) de l’Université de Tokyo. Le projet est co-organisé par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) et l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK). La collaboration KAGRA regroupe plus de 400 membres issus de 128 instituts répartis dans 17 pays et régions. Les informations destinées au grand public sont disponibles à l’adresse suivante : https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Les ressources pour les chercheurs sont accessibles à l’adresse suivante : http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.