Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université du Minnesota a développé une technologie avancée de détection des ondes gravitationnelles pour envoyer des alertes dans les 30 secondes suivant la détection. Ce système de notification rapide facilite l'étude des étoiles à neutrons et des trous noirs, ainsi que la création d'éléments lourds.
Une nouvelle étude améliorera la détection des ondes gravitationnelles, c'est-à-dire des ondulations dans l'espace et dans le temps. Des scientifiques du Twin Cities College of Science and Engineering de l’Université du Minnesota ont codirigé la recherche avec une équipe internationale.
La recherche vise à envoyer des alertes aux astronomes et astrophysiciens dans les 30 secondes suivant la détection, contribuant ainsi à améliorer la compréhension des étoiles à neutrons et des trous noirs et de la manière dont les éléments lourds, notamment l'or et l'uranium, sont produits.
Les résultats ont été récemment publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique (PNAS), une revue scientifique à comité de lecture et en libre accès.
Technologie de détection des ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles interagissent avec l’espace-temps en le comprimant dans une direction tout en l’étirant dans la direction perpendiculaire. C'est pourquoi les détecteurs d'ondes gravitationnelles de pointe actuels sont en forme de L et mesurent les longueurs relatives du laser à l'aide de l'interférométrie, une méthode de mesure qui examine les modèles d'interférence produits par la combinaison de deux sources lumineuses. Détection ondes gravitationnelles nécessite de mesurer la longueur du laser avec des mesures précises : équivalent à mesurer la distance à l'étoile la plus proche, à environ quatre années-lumière, jusqu'à la largeur d'un cheveu humain.
Le graphique montre le temps nécessaire aux chercheurs pour envoyer une alerte. En moyenne, le temps d'alerte est inférieur à 30 secondes. Crédit : Andrew Toivonen
Améliorations de la détection des ondes gravitationnelles
Cette recherche s'inscrit dans le cadre LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Collaboration, un réseau d'interféromètres à ondes gravitationnelles à travers le monde.
Lors de la dernière campagne de simulation, les données des périodes d'observation précédentes ont été utilisées et des signaux d'ondes gravitationnelles simulés ont été ajoutés pour montrer les performances des mises à niveau des logiciels et des équipements. Le logiciel peut détecter la forme des signaux, suivre le comportement du signal et estimer les masses incluses dans l'événement, comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs. Les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus petites et les plus denses connues et se forment lorsque des étoiles massives explosent en supernovae.
Alertes en temps réel et avancées d'observation
Une fois que ce logiciel détecte un signal d’onde gravitationnelle, il envoie des alertes aux abonnés, qui comprennent généralement des astronomes ou des astrophysiciens, pour leur indiquer où se trouvait le signal dans le ciel. Grâce aux améliorations apportées au cours de cette période d'observation, les scientifiques sont en mesure d'envoyer des alertes plus rapidement, en moins de 30 secondes, après la détection d'une onde gravitationnelle.
« Avec ce logiciel, nous pouvons détecter l'onde gravitationnelle de étoile à neutrons des collisions qui sont normalement trop faibles pour être visibles à moins que nous sachions exactement où regarder », a déclaré Andrew Toivonen, titulaire d'un doctorat. étudiant à l'école de physique et d'astronomie des villes jumelles de l'Université du Minnesota. « Détecter d'abord les ondes gravitationnelles aidera à localiser la collision et aidera les astronomes et les astrophysiciens à poursuivre leurs recherches. »
Les astronomes et les astrophysiciens pourraient utiliser ces informations pour comprendre le comportement des étoiles à neutrons, étudier les réactions nucléaires entre les étoiles à neutrons et les trous noirs entrant en collision, et comment les éléments lourds, notamment l'or et l'uranium, sont produits.
Il s’agit de la quatrième campagne d’observation utilisant l’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO), et elle sera observée jusqu’en février 2025. Entre les trois dernières périodes d’observation, les scientifiques ont amélioré la détection des signaux. Une fois cette période d’observation terminée, les chercheurs continueront d’examiner les données et d’apporter de nouvelles améliorations dans le but d’envoyer des alertes encore plus rapidement.
L'article multi-institutionnel comprenait Michael Coughlin, professeur adjoint à l'École de physique et d'astronomie de l'Université du Minnesota, en plus de Toivonen.
LIGO est financé par la National Science Foundation et géré par Caltech et MIT. Plus de 1 200 scientifiques et quelque 100 institutions du monde entier participent à cet effort par le biais de la collaboration scientifique LIGO.
