Ondes gravitationnelles : première détection conjointe LIGO-Virgo
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27 septembre 2017 - CNRS / Physical Review Letters

Les scientifiques des collaborations LIGO et Virgo ont annoncé ce 27 septembre 2017 l’observation, pour la première fois par trois détecteurs, d’ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de deux trous noirs.  Le CNRS a décerné le même jour une double médaille d'or aux physiciens Alain Brillet et Thibault Damour pour leurs contributions majeures à la détection des ondes gravitationnelles.

Le détecteur Virgo (Cascina, Italie)

 

Cette première  détection a été rendue possible par le démarrage de l’instrument Virgo dans sa version améliorée dénommée « Advanced Virgo », qui s’est joint le 1er août 2017 aux observations des deux détecteurs LIGO, eux aussi dans leur version « Advanced LIGO». Elle ouvre la voie à une localisation bien plus précise des sources d’ondes gravitationnelles.

La collaboration internationale exploitant les trois détecteurs, qui comprend notamment l’équipe Optomécanique et Mesures Quantiques du Laboratoire Kastler Brossel de l'ENS vient de voir acceptée une publication scientifique à la revue Physical Review Letters.


Ce nouvel événement confirme que les couples de trous noirs sont relativement abondants, et va contribuer à leur étude. Les deux trous noirs, qui avaient des masses égales à 25 et 31 fois celle du Soleil, ont fusionné en un trou noir de 53 masses solaires, l’équivalent de 3 masses solaires ayant été converti en énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. Cet événement s’est produit à environ 1,8 milliard d’années-lumière de la Terre ; autrement dit, les ondes gravitationnelles se sont propagées dans l’espace pendant 1,8 milliard d’années avant d’être détectées le 14 août 2017 par le détecteur Advanced LIGO situé dans l’État de la Louisiane (États-Unis), puis 8 millièmes de seconde plus tard par celui de Washington, et enfin 6 millièmes de seconde après par Advanced Virgo situé près de Pise en Italie.
L’apport d’un troisième instrument, Advanced Virgo, permet d’améliorer significativement la localisation des événements astrophysiques à l’origine des ondes gravitationnelles. Ces événements, extrêmement violents, peuvent dans certains cas produire un rayonnement électromagnétique, comme de la lumière. Avec seulement deux détecteurs d’ondes gravitationnelles, la zone de recherche dans le ciel s’étendait sur une zone équivalant à plusieurs milliers de fois la surface de la pleine Lune. Grâce à Advanced Virgo, elle est environ dix fois plus petite, et l’estimation de la distance à laquelle se trouve la source est aussi deux fois meilleure. En désignant la zone précise du ciel où regarder, ceci offre de réelles chances d’observer ces événements avec des télescopes optiques ou radio-fréquences.

 

Advanced Virgo est un instrument principalement cofinancé par le CNRS en France et l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie. Les chercheurs travaillant sur Virgo sont regroupés au sein de la collaboration du même nom, comprenant plus de 250 physiciens, ingénieurs et techniciens appartenant à 20 laboratoires européens dont 6 au CNRS en France, 8 à l'INFN en Italie et 2 à Nikhef aux Pays-Bas. Les autres laboratoires sont Wigner RCP en Hongrie, le groupe POLGRAW en Pologne, un groupe à l'université de Valence (Espagne) et EGO (European Gravitational Observatory), près de Pise, en Italie, où est implanté l'interféromètre Virgo. Après plusieurs années de travaux d'amélioration et quelques mois de tests, Advanced Virgo a recommencé à écouter le ciel le 1er août 2017, rejoignant Advanced LIGO. Cette détection est l'aboutissement d'un quart de siècle d'investissements du CNRS et de l'INFN dans ce grand équipement.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un observatoire dédié aux ondes gravitationnelles composé de deux interféromètres identiques, situés aux Etats-Unis. La version améliorée de ces détecteurs (Advanced LIGO) a redémarré en septembre 2015. Autour de ces instruments s'est constituée la collaboration scientifique LIGO (LIGO Scientific Collaboration, LSC), un groupe de plus de 1000 scientifiques travaillant dans des universités aux Etats-Unis et dans 14 autres pays. Elle travaille main dans la main avec la collaboration Virgo. En effet, depuis 2007, les scientifiques des deux groupes analysent en commun les données et signent ensemble les découvertes.

La publication scientifique des collaborations LIGO et Virgo annonçant cette observation est cosignée par 76 scientifiques de six équipes du CNRS et d'universités associées :
le laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris), à Paris;
le laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux (CNRS/Observatoire de la Côte d'Azur/Université Nice Sophia Antipolis), à Nice;
le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (CNRS/Université Paris-Sud), à Orsay;
le Laboratoire d'Annecy de physique des particules (CNRS/Université Savoie Mont Blanc), à Annecy;
le Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/UPMC/ENS/Collège de France), à Paris;
le Laboratoire des matériaux avancés (CNRS), à Villeurbanne.

Source: Laboratoire Kastler Brossel et CNRS

Contact LKB Pierre-Francois Cohadon

Le détecteur Virgo (Cascina, Italie)