Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l'espace-temps qui se présentent sous de nombreuses formes. Jusque là, des signaux d'ondes gravitationnelles de courte durée ont été observés lors de collisions de trous noirs et d'étoiles à neutrons, mais les scientifiques s'attendent à trouver d'autres types d'ondes gravitationnelles. Des recherches récemment publiées menées par le Centre d'excellence de l'ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) ont étudié les ondes continues :ondes gravitationnelles de longue durée, dans ce cas particulier, les ondes des étoiles à neutrons (anciennes étoiles mortes) dans des systèmes stellaires spécifiques appelés binaires à rayons X de faible masse. Les détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) et Virgo fournissent d'excellentes données pour rechercher des ondes continues car leurs signaux sont susceptibles d'être présents dans les données du détecteur tout le temps (par rapport aux ondes gravitationnelles des trous noirs en collision, qui ne durent qu'une seconde environ).

étoiles à neutrons, qui sont généralement environ une fois et demie la masse de notre soleil, sont très compacts à seulement 20 km de diamètre. Certaines étoiles à neutrons sont seules, tandis que d'autres sont dans des systèmes binaires - l'étoile à neutrons et une étoile compagnon orbitent l'une autour de l'autre. L'équipe OzGrav s'est concentrée sur la recherche d'ondes continues provenant d'étoiles à neutrons en rotation dans des "binaires à rayons X de faible masse" (LMXB). La faible masse décrit le compagnon de l'étoile à neutrons qui a généralement une masse inférieure à celle de notre soleil; ils sont appelés binaires à rayons X parce que les scientifiques ont observé les rayons X d'eux à l'aide de télescopes à rayons X.

Dans l'étude, l'équipe a recherché des ondes continues provenant d'étoiles à neutrons en rotation en ciblant directement cinq LMXB, ce qui est une première pour ces cinq LMXB. Tous les LMXB ciblés ont des observations aux rayons X qui indiquent à quelle vitesse l'étoile à neutrons tourne :sa fréquence de rotation. C'est une information extrêmement utile lors de la recherche d'ondes continues car on s'attend à ce que la fréquence de l'onde continue soit liée à la fréquence de rotation de l'étoile à neutrons. Cela a permis à l'équipe de rechercher chaque LMXB dans une plage de fréquences spécifique.

L'auteur principal et chercheur d'OzGrav Hannah Middleton de l'Université de Melbourne déclare :« Nous avons utilisé une méthode de recherche, développé par des chercheurs de l'Université de Melbourne, qui était auparavant utilisé pour rechercher un autre LMXB appelé Scorpius X-1. Scorpius X-1 est une source d'ondes continues prometteuse, parce que ses rayons X sont très brillants, mais les observations aux rayons X n'ont pas pu mesurer la fréquence de rotation de Scorpius X-1. Cela signifie qu'une large gamme de fréquences doit être examinée. En profitant des mesures radiographiques de fréquence de rotation de nos cinq LMXB, nous pouvons réduire le coût de calcul de la recherche, parfois jusqu'à 99 %."

Mais connaître la fréquence de rotation n'est pas tout à fait suffisant :la fréquence d'onde continue peut ne pas correspondre à la fréquence de rotation, l'équipe a donc recherché de petites plages de fréquences autour des valeurs mesurées.

"La fréquence de l'onde continue pourrait même changer lentement au fil du temps, nous devons donc pouvoir le suivre sur plusieurs mois de données, " ajoute Middleton. " La recherche utilise une technique appelée modèle de Markov caché qui est largement utilisé dans des applications allant de la reconnaissance vocale aux technologies de communication. La recherche qui en résulte peut garder une trace d'un signal même si la fréquence change de manière imprévisible au cours d'une observation."

Alors qu'est-ce que les scientifiques ont trouvé? Après analyse des données de la deuxième passe d'observation (plus de 200 jours entre novembre 2016 et août 2017), Malheureusement, ils n'ont pas trouvé de preuves solides pour les signaux d'onde continue de ces cinq LMXB. Mais la recherche continue ! La troisième campagne d'observation de LIGO et Virgo (d'avril 2019 à mars 2020) vient de se terminer, les scientifiques d'OzGrav ont donc de nombreuses analyses de données et recherches d'étoiles dans lesquelles se mettre à croquer.