La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) publie la nouvelle version (4.0) du catalogue de signaux transitoires d’ondes gravitationnelles (GWTC-4.0) et une série d’articles thématiques correspondant aux nouvelles données, enregistrées entre mai 2023 et janvier 2024, ce qui correspond à la première partie de la quatrième période d’observation (O4a). Ces articles sont soumis à la revue Astrophysical Journal pour publication sous forme d'un numéro spécial.
La collaboration rend aussi publique l'ensemble des données d'ondes gravitationnelles (OGs) enregistrées entre mai 2023 et janvier 2024. Publier nos données brutes élargit la communauté qui les analyse et augmente leur impact scientifique. Nos lots de données déjà publics ont été référencés par plus de 900 articles scientifiques et ils sont également utilisés par des enseignants, des étudiants et en sciences participatives pour mener des recherches ou comme base d’activités pédagogiques.
Au cours de O4a le nombre et la diversité des événements détectés à augmenté. Nous avons recensé 128 événements ayant une probabilité supérieure à 50% d'être d'origine astrophysique.
Figure 1 : Sensibilité de LIGO Livingston (bleu) et LIGO Hanford (rouge) au cours du run O4a. Cette sensibilité est conventionelment prise comme la distance moyenne de détection de la fusion de deux étoiles à neutrons avec un rapport signal sur bruit égal à 8. Cette sensibilité a attteint 160 Mpc pour les deux détecteurs, avec une moyenne de 150 Mpc (500 millions d'années-lumière).
Le nombre total de détections depuis 2015 (run O1) est ainsi porté à 218, ce qui double presque le nombre d'evenements du catalogue GWTC Nous présentons une analyse détaillée de 86 de ces nouveaux signaux dans la mise à jour GWTC-4.0. Cette augmentation du nombre de découvertes est due à l’amélioration de la sensibilité des détecteurs (Figure 1) qui a doublé depuis le run O1, et à de nouveaux développements dans les techniques d'analyse utilisées pour extraire les signaux du bruit de mesure. Il faut noter que sur ces 128 évenements, 82 ont été identifiés en temps réél, et les autres en temps différé seulement en utilisant des analyses plus poussées. Les méthodes d'analyse rapide sont forcement moins efficaces, mais seuls huit événenemts n'avaient pas été identifiés en temps réél, ce qui indique un haut niveau de performance de ces méthodes qui permettent d'alerter rapidement la communauté des astronomes.
Les données de O4a contiennent en majorité des signaux émis lors de fusions de systèmes binaires de trous noirs, que nos détecteurs identifient maintenant de manière très efficace. Parmi les faits inattendus, nous avons détecté des fusions de trous noirs de plus de 130 masses solaires. 0n a également trouvé des fusions de systèmes mixtes trou noir + étoile à neutrons, différentes de tout ce que nous avons observé auparavant.
Les ondes gravitationnelles emportent avec elles plusieurs informations sur le système qui a fusionné : outre les masses des deux astres formant le système binaire et celle du trou noir final, la forme du signal informe aussi sur les rotations propres (en anglais « spin ») des astres, c’est-à-dire s’il tournent sur eux-même, dans quel sens et à quelle vitesse. Cette information est importante pour étudier comment ces astres se sont formés ou dans quel environnement ils ont évolué. Pour chaque système binaire dont la fusion a été détectée sous forme d’OG, on peut calculer un paramètre dit de « spin effectif » qui incorpore les informations des deux spins et nous renseigne sur leurs points communs ou leurs différences. Un grand spin effectif positif implique que l'un ou les deux astres tournent rapidement et dans la même direction ; un spin effectif négatif signifie au contraire que les astres tournent dans des directions opposée. Quelques événements indiquent de façon certaine des rotations rapides des trous noirs fusionnant.
Figure 2 : paramètre de spin effectif en fonction de la « masse chirp » du système, une combinaison des deux masses des astres compacts qui ont fusionné. Une sélection de signaux intéressants est mise en évidence en couleur – voir également la légende au-dessus du graphique. Sur cette Figure, les incertitudes sont prises en compte : au lieu d’un point unique par système binaire, le contour fermé possède 90% de chance de contenir les vraies valeurs des deux paramètres mesurés.
La masse d'informations nouvelles contenue dans les données qui sont rendues publiques et le nouveau catalogue donneront lieu a de nouvelles publications dans les mois et années à venir. D'ors et déjà plusieurs publications sont disponibles ci-dessous.
Le laboratoire Artemis de l'Observatoire de la Côte d'Azur est fortement impliqué dans l'analyse des données qui aboutit à ce catalogue et ces publications scientifiques. Pour plus d'informations il est possible de joindre Marie Anne Bizouard, (marieanne.bizouard@oca.eu) ou Nelson Christensen (Nelson.Christensen@oca.eu)
Pour en savoir plus :
Open Data from LIGO, Virgo, and KAGRA through the First Part of the Fourth Observing Run
Les données rendues publiques sont disponibles sur le site du GWOSC : https://gwosc.org/
GWTC-4.0: An Introduction to Version 4.0 of the Gravitational Wave Transient Catalog
GWTC-4.0: Methods for identifying and characterizing gravitational-wave transients
GWTC-4.0: Population Properties of Merging Compact Binaries
