La découverte fait partie de la dernière série de résultats annoncés par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, qui comprend plus de 1 600 scientifiques du monde entier, dont des membres de l'ICG, qui cherche à détecter les ondes gravitationnelles et à les utiliser pour explorer les principes fondamentaux de scientifique.

En mai 2023, peu après le début de la quatrième campagne d'observation LIGO-Virgo-KAGRA, le détecteur LIGO Livingston en Louisiane, aux États-Unis, a observé un signal d'onde gravitationnelle provenant de la collision de ce qui est très probablement une étoile à neutrons avec un objet compact qui est 2,5 à 4,5 fois la masse de notre soleil.

Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont tous deux des objets compacts, vestiges denses d’explosions stellaires massives. Ce qui rend ce signal, appelé GW230529, intrigant, c'est la masse de l'objet le plus lourd. Il se situe dans un éventuel écart de masse entre les étoiles à neutrons connues les plus lourdes et les trous noirs les plus légers. Le signal des ondes gravitationnelles ne peut à lui seul révéler la nature de cet objet. De futures détections d'événements similaires, en particulier ceux accompagnés d'explosions de rayonnement électromagnétique, pourraient aider à résoudre ce problème.

"Cette détection, le premier de nos résultats passionnants de la quatrième série d'observations LIGO-Virgo-KAGRA, révèle qu'il pourrait y avoir un taux plus élevé de collisions similaires entre des étoiles à neutrons et des trous noirs de faible masse que nous ne le pensions auparavant", explique le Dr Jess. McIver, professeur adjoint à l'Université de la Colombie-Britannique et porte-parole adjoint de la collaboration scientifique LIGO.

Comme cet événement n'a été observé que par un seul détecteur d'ondes gravitationnelles, il devient plus difficile d'évaluer s'il est réel ou non.

Le Dr Gareth Cabourn Davies, ingénieur logiciel de recherche à l'ICG, a développé les outils utilisés pour rechercher des événements dans un seul détecteur. Il a déclaré :« La corroboration des événements en les observant dans plusieurs détecteurs est l'un de nos outils les plus puissants pour séparer les signaux du bruit. En utilisant des modèles appropriés du bruit de fond, nous pouvons juger un événement même lorsque nous n'avons pas d'autre détecteur à soutenir. ce que nous avons vu."

Avant la détection des ondes gravitationnelles en 2015, les masses des trous noirs de masse stellaire étaient principalement découvertes à l’aide d’observations aux rayons X, tandis que les masses des étoiles à neutrons étaient découvertes à l’aide d’observations radio. Les mesures résultantes se répartissaient en deux plages distinctes avec un écart entre elles d'environ deux à cinq fois la masse de notre soleil. Au fil des années, un petit nombre de mesures ont empiété sur l'écart de masse, qui reste très controversé parmi les astrophysiciens.

L'analyse du signal GW230529 montre qu'il provient de la fusion de deux objets compacts, l'un ayant une masse comprise entre 1,2 et 2,0 fois celle de notre soleil et l'autre légèrement plus de deux fois plus massive.

Bien que le signal des ondes gravitationnelles ne fournisse pas suffisamment d’informations pour déterminer avec certitude si ces objets compacts sont des étoiles à neutrons ou des trous noirs, il semble probable que l’objet le plus léger soit une étoile à neutrons et l’objet le plus lourd un trou noir. Les scientifiques de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA sont convaincus que l'objet le plus lourd se trouve dans l'écart de masse.

Les observations d'ondes gravitationnelles ont désormais fourni près de 200 mesures de masses d'objets compacts. Parmi celles-ci, une seule autre fusion pourrait avoir impliqué un objet compact à écart de masse :le signal GW190814 provenait de la fusion d'un trou noir avec un objet compact dépassant la masse des étoiles à neutrons les plus lourdes connues et peut-être à l'intérieur de l'écart de masse.

"Alors que des preuves antérieures de l'existence d'objets à écart de masse ont été rapportées à la fois dans les ondes gravitationnelles et électromagnétiques, ce système est particulièrement intéressant car il s'agit de la première détection par ondes gravitationnelles d'un objet à écart de masse associé à une étoile à neutrons", explique le Dr Sylvia Biscoveanu. de l'Université Northwestern. "L'observation de ce système a des implications importantes à la fois pour les théories de l'évolution binaire et pour leurs homologues électromagnétiques des fusions d'objets compacts."

La quatrième période d'observation devrait durer 20 mois, y compris quelques mois de pause pour effectuer la maintenance des détecteurs et apporter un certain nombre d'améliorations nécessaires. Au 16 janvier 2024, lorsque la pause actuelle a commencé, un total de 81 signaux candidats significatifs avaient été identifiés. GW230529 est le premier d'entre eux à être publié après une enquête détaillée.

La quatrième campagne d'observation reprendra le 10 avril 2024 avec les détecteurs LIGO Hanford, LIGO Livingston et Virgo fonctionnant ensemble. La course se poursuivra jusqu'en février 2025 sans aucune autre interruption d'observation prévue.

Pendant que l'observation se poursuit, les chercheurs de LIGO-Virgo-KAGRA analysent les données de la première moitié de l'analyse et vérifient les 80 signaux candidats significatifs restants qui ont déjà été identifiés. D'ici la fin de la quatrième campagne d'observation en février 2025, le nombre total de signaux d'ondes gravitationnelles observés devrait dépasser 200.

Un document de travail décrivant les résultats a été publié avec un résumé.