Quatre nouvelles détections d'ondes gravitationnelles ont été annoncées lors du Gravitational Waves Physics and Astronomy Workshop, à l'Université du Maryland aux États-Unis.

Cela porte le nombre total de détections à 11, depuis le premier en 2015.

Dix proviennent de fusions binaires de trous noirs et un de la fusion de deux étoiles à neutrons, qui sont les restes denses d'explosions stellaires. Une fusion de trous noirs était extraordinairement éloignée, et l'explosion la plus puissante jamais observée en astronomie.

Les dernières nouvelles arrivent juste un mois après que des doutes ont été émis sur la détection initiale. Fin octobre, un article dans New Scientist, titré Exclusif :De sérieux doutes sur la découverte par LIGO des ondes gravitationnelles, a soulevé l'idée que cela "aurait pu être une illusion".

Alors, à quel point sommes-nous sûrs de détecter les ondes gravitationnelles, et ne pas voir d'illusion ?

Ouvert à l'examen

Tous les bons scientifiques comprennent que l'examen minutieux et le scepticisme sont le pouvoir de la science. Toutes les théories et toutes les connaissances sont provisoires, alors que la science se concentre lentement sur notre meilleure compréhension de la vérité. Il n'y a aucune certitude, seulement la probabilité et la signification statistique.

Il y a des années, l'équipe à la recherche d'ondes gravitationnelles avec le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), déterminé les niveaux de signification statistique nécessaires pour faire une déclaration de détection.

Pour chaque signal, nous déterminons le taux de fausses alarmes. Cela vous indique combien d'années vous devrez attendre avant d'avoir la même chance qu'un signal aléatoire imitant votre signal réel.

Le signal le plus faible détecté jusqu'à présent a un taux de fausses alarmes d'un tous les cinq ans, il y a donc toujours une chance que cela ait pu être accidentel.

D'autres signaux sont beaucoup plus forts. Pour les trois signaux les plus forts détectés jusqu'à présent, vous devrez attendre à partir de 1, 000 fois à 10 milliards de milliards de fois l'âge de l'univers pour que les signaux se produisent par hasard.

Savoir quoi écouter

La détection des ondes gravitationnelles est un peu comme l'ornithologie acoustique.

Imaginez que vous étudiez les oiseaux et que vous voulez déterminer la population d'oiseaux dans une forêt. Vous connaissez les cris des différentes espèces d'oiseaux.

Lorsqu'un cri d'oiseau correspond à votre cri prédéterminé, vous sautez d'excitation. Son volume vous indique à quelle distance il se trouve. S'il était très faible dans le bruit de fond, vous pouvez être incertain.

Mais vous devez considérer les oiseaux de lyre qui imitent d'autres espèces. Comment savez-vous que le son d'un kookaburra n'est pas réellement produit par un oiseau lyre ? Il faut être très rigoureux avant de pouvoir prétendre qu'il y a un kookaburra dans la forêt. Même dans ce cas, vous ne pourrez être sûr que si vous effectuez d'autres détections.

Dans les ondes gravitationnelles, nous utilisons des sons mémorisés appelés modèles. Il existe un son unique pour la fusion de chaque combinaison possible de masses et de spins de trous noirs. Chaque modèle est élaboré en utilisant la théorie d'Einstein sur l'émission d'ondes gravitationnelles.

A la chasse aux ondes gravitationnelles, nous recherchons ces sons rares à l'aide de deux détecteurs LIGO aux USA et d'un troisième détecteur, Vierge, en Italie.

Pour éviter de manquer des signaux ou de revendiquer des faux positifs, la plus grande rigueur est nécessaire pour analyser les données. Des équipes énormes examinent les données, rechercher des défauts, se critiquer, examiner les codes informatiques et enfin examiner les publications proposées pour en vérifier l'exactitude. Des équipes distinctes utilisent différentes méthodes d'analyse, et enfin comparer les résultats.

Vient ensuite la reproductibilité – le même résultat enregistré encore et encore. La reproductibilité est une composante essentielle de la science.

Les signaux détectés

Avant que LIGO ne fasse sa première annonce publique d'ondes gravitationnelles, deux autres signaux avaient été détectés, chacun d'eux a été capté dans deux détecteurs. Cela a augmenté notre confiance et nous a dit qu'il y a une population de trous noirs en collision là-bas, pas seulement un seul événement qui pourrait être quelque chose de faux.

La première onde gravitationnelle détectée était étonnamment forte et correspondait à un modèle prédéterminé. C'était tellement bien que LIGO a passé de nombreuses semaines à essayer de déterminer s'il était possible que ce soit une farce, délibérément injecté par un pirate informatique.

Alors que les scientifiques de LIGO se sont finalement convaincus que l'événement était réel, d'autres découvertes ont considérablement accru notre confiance. En août 2017, un signal a été détecté par les deux détecteurs LIGO et le détecteur Virgo en Italie.

Le 17 août de l'année dernière, un tout autre, mais un type de signal prédit depuis longtemps a été observé à partir d'une paire d'étoiles à neutrons en fusion, accompagné de l'explosion prédite de rayons gamma et de lumière.

Les fusions de trous noirs

Maintenant, la collaboration LIGO-Virgo a terminé l'analyse de toutes les données depuis septembre 2015.

Pour chaque signal, nous déterminons la masse des deux trous noirs en collision, la masse du nouveau trou noir qu'ils créent, et plutôt grossièrement, la distance et la direction.

Chaque signal a été vu dans deux ou trois détecteurs presque simultanément (ils étaient séparés de quelques millisecondes).

Huit des 20 trous noirs initiaux ont des masses comprises entre 30 et 40 soleils, six ont la vingtaine, trois sont des adolescents et seulement deux sont aussi bas que 7 à 8 soleils. Un seul est proche de 50, le plus grand trou noir pré-collision jamais vu.

Ce sont les chiffres qui nous aideront à déterminer où tous ces trous noirs ont été créés, comment ils ont été faits, et combien sont là-bas. Pour répondre à ces grandes questions, nous avons besoin de beaucoup plus de signaux.

Le plus faible des nouveaux signaux, GW170729, a été détecté le 29 juillet, 2017. C'était la collision d'un trou noir 50 fois la masse du soleil, avec 34 fois la masse du soleil.

C'était de loin l'événement le plus éloigné, ayant eu lieu, probablement, Il y a 5 milliards d'années – avant la naissance de la Terre et du système solaire il y a 4,6 milliards d'années. Malgré le signal faible, c'était l'explosion gravitationnelle la plus puissante découverte, jusque là.

Mais parce que le signal était faible, c'est la détection avec le taux de fausse alarme d'une tous les cinq ans.

LIGO et Virgo améliorent leur sensibilité d'année en année, et trouvera de nombreux autres événements.

Avec les nouveaux détecteurs prévus, nous anticipons une sensibilité dix fois supérieure. Ensuite, nous nous attendons à détecter de nouveaux signaux environ toutes les cinq minutes.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.