Cinq ans après la première détection d’ondes gravitationnelles, la collaboration LIGO-Virgo vient de publier un catalogue de 39 détections dont l’analyse permet de mieux comprendre la répartition de la masse des trous noirs et leur rotation. Un article de Sciences & Avenir 
(9 novembre 2020).

Cinq ans après la première détection d’ondes gravitationnelles, l’heure est à un premier bilan : la collaboration LIGO-Virgo vient ainsi de publier un catalogue de 39 détections dont l’analyse permet de mieux comprendre la répartition de la masse des trous noirs et leur rotation. Une nouvelle ère s’annonce pour ces instruments géants sans cesse améliorés.

Lorsque le 14 septembre 2015, les délicats instruments de LIGO, l’un situé en Louisiane et l’autre dans l’état des Washington, vibrent presque de concert au passage d’un "frémissement de l’espace-temps" – une onde gravitationnelle –, les astrophysiciens savent que c’est gagné : la vibration qui s’est produite à 1,3 milliard d’années-lumière et vient d’être mesurée en traversant la Terre émane de la fusion de deux monstres du cosmos, deux trous noirs, ces astres denses dont la lumière ne peut pas s’échapper. Cette fusion a elle-même donné naissance à un trou noir plus massif encore. L’analyse du signal permet de mieux comprendre les caractéristiques et les modes de formation de ces astres mystérieux. Une nouvelle astronomie, gravitationnelle, était née.

"Pour la première fois, avec ce qui ressort de cette campagne, on peut commencer à faire des statistiques"

Depuis, le détecteur Virgo, près de Pise (Italie), s’est joint à la traque. Les instruments, déjà extraordinairement sensibles, ont été améliorés. Cinq ans après, et trois campagnes d’observation plus tard, le bilan est à la hauteur : un catalogue recensant la moitié des données de la troisième campagne (O3a) vient d’être publié avec pas moins de 39 passages d’ondes gravitationnelles. À côté des 26 événements "candidats" qui avaient fait l’objet d’alertes automatiques afin d’assurer le suivi par d’autres télescopes, les astrophysiciens ont trouvé dans leur manne 13 nouveaux événements, ce qui quadruple le nombre d’événements connus (les campagnes O1 et O2 avaient mis en évidence 11 événements entre 2015 et 2017).

En tout, l’analyse du passage de ces ondes à travers les détecteurs terrestres a permis de "voir" une centaine de trous noirs (chaque événement donne des informations sur trois trous noirs : les deux progéniteurs et celui qui résulte de la fusion). Dans ce zoo, un trou noir de 150 masses solaires, des binaires asymétriques (deux astres de masses très différentes tournant l’un autour de l’autre), des étoiles à neutrons. Trois articles scientifiques accompagnent le catalogue : l’un sur les événements eux-mêmes, un sur ce que l’on peut en déduire sur la population des trous noirs dans l’Univers, et le dernier sur les tests de la relativité générale.

"Pour la première fois, avec ce qui ressort de cette campagne, on peut commencer à faire des statistiques, s’enthousiasme Astrid Lamberts, chercheuse CNRS à l’observatoire de la Côte d’Azur, à Nice, et membre de la collaboration LIGO-Virgo. Notamment sur la distribution de masse des trous noirs, car on voit deux structures dans cette distribution : une chute brutale du nombre d’objets de moins de huit fois la masse du Soleil, et moins de trous noirs au-delà de 40 masses solaires". Une répartition qui interroge les astrophysiciens : quels sont les mécanismes qui ont conduit à des accumulations à certaines masses ? Ce n’est encore bien compris.