L’Univers des ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l’espace-temps: Albert Einstein les a prédites pour la première fois en 1916, comme une conséquence de sa théorie de la relativité générale. La gravité y est expliquée comme une conséquence de la courbure de l’espace-temps générée par la présence de masse ou d’énergie. Les déformations de l’espace-temps peuvent devenir des ondes, les ondes gravitationnelles, qui se déplacent à la vitesse de la lumière, se propageant à travers l’univers.
Les ondes gravitationnelles d’origine humaine sont toujours négligeables: pour détecter des ondes gravitationnelles, nous devons observer le ciel afin de détecter l’influence des objets massifs accélérés. Les sources possibles d’ondes gravitationnelles incluent: la fusion de systèmes binaires de trous noirs ou d’étoiles à neutrons; les explosions de supernovae; les tremblements d’étoiles; les oscillations de trous noirs; les étoiles à neutrons en rotation. Virgo vise également à détecter les nombreuses ondes gravitationnelles qui ne peuvent pas être distinguées individuellement, formant un fond d’ondes gravitationnelles appelé fond stochastique. De plus, il est également possible de détecter des ondes gravitationnelles provenant de sources inattendues, que nous ne sommes pas en mesure de prévoir.
Après plusieurs décennies de développements scientifiques et technologiques, le 14 septembre 2015, la collaboration LIGO et Virgo a observé un signal d’ondes gravitationnelles pour la première fois, en utilisant les données des deux détecteurs LIGO à Hanford et à Livingston. Ce premier signal d’ondes gravitationnelles, provenant de la fusion de deux trous noirs, est connu sous le nom de GW150914 (lien) – les signaux d’ondes gravitationnelles sont nommés en fonction de la date (YYMMDD) à laquelle ils sont détectés.
La première détection impliquant les données du détecteur Advanced Virgo, ainsi que celles des deux interféromètres LIGO, a eu lieu le 14 août 2017 et a donc été baptisée GW170814. Trois jours plus tard, le réseau des trois détecteurs a détecté le premier signal gravitationnel provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons: ce signal (GW170817) a été détecté en coïncidence temporelle (avec un délai de 1,7 seconde) avec un sursaut gamma court (émission brève de photons de haute énergie) observé par les satellites Fermi et INTEGRAL. Cette découverte historique d’ondes gravitationnelles et de lumière provenant de la même source a donné naissance à ce que l’on appelle l’astronomie multi-messagers.
Au cours des périodes d’observation de Virgo et de LIGO, 90 signaux d’ondes gravitationnelles ont été détectés: ils ont été émis par la coalescence d’objets compacts relativistes, le plus souvent (mais pas exclusivement) par des systèmes composés de deux trous noirs (BBH) en orbite l’un autour de l’autre jusqu’à ce qu’ils fusionnent. Nous observons les ondes gravitationnelles émises dans les dernières orbites de l’inspiral, puis leur coalescence avec la formation d’un seul trou noir plus massif.