Le nouveau catalogue LIGO-Virgo-KAGRA établit de nouveaux records en astronomie gravitationnelle de précision

Détails: Mis à jour : 27 Mai 2026

La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA vient de publier un nouveau catalogue d’événements d’ondes gravitationnelles. Un total de 161 événements, détectés entre avril 2024 et fin janvier 2025, ont été ajoutés à la collection, portant à 390 le nombre total de signaux d’ondes gravitationnelles détectés à ce jour. Parmi les découvertes les plus marquantes figurent : des preuves de l’existence de trous noirs de deuxième génération, la localisation céleste la plus précise jamais obtenue pour une source d’ondes gravitationnelles, et la première mesure de trois modes de vibration d’un trou noir. Cette richesse de résultats marque un tournant majeur pour l’astronomie gravitationnelle qui entre dans l'age adulte.

Le réseau international de détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO, Virgo et KAGRA (LVK) a annoncé aujourd’hui la publication en ligne d’un catalogue mis à jour de tous les événements d’ondes gravitationnelles observés à ce jour, nommé Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5), avec les articles scientifiques correspondants soumis à l’Astrophysical Journal et à l’Astrophysical Journal Letters.
Les données analysées dans ce travail ont été collectées par les détecteurs entre avril 2024 et fin janvier 2025, pendant une partie de la quatrième campagne d’observation (O4), appelée O4b. Pendant cette période, 161 nouveaux événements d’ondes gravitationnelles ont été détectés, portant le nombre total d’événements confirmés observés par le réseau depuis la première détection en 2015 à un impressionnant total de 390.

WTC-4.0 avait (plus que) doublé le nombre total de candidats signalés, passant de ~90 (GWTC-3.0) à plus de 200 (GWTC-4.0). Avec 390 événements au total à la fin d'O4b dans GWTC-5.0, nous avons à nouveau presque doublé la taille du catalogue. Les candidats à la détection restants issus de la troisième et dernière partie d'O4 (O4c) seront analysés et publiés dans une version ultérieure du catalogue.

Le réseau LVK international se compose des deux détecteurs jumeaux LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), financés par la Fondation nationale des sciences (NSF) des États-Unis, du détecteur Virgo, hébergé par l’Observatoire gravitationnel européen (EGO) en Italie, et du détecteur KAGRA, hébergé par l’Institut de recherche sur les rayons cosmiques (ICRR) de l’Université de Tokyo.
Cette dernière mise à jour du catalogue — qui, avec la précédente GWTC-4, couvre les événements collectés entre mai 2023 et janvier 2024 — contient 75 % de tous les événements d’ondes gravitationnelles observés à ce jour depuis la première détection en 2015.

Ce résultat impressionnant démontre à quel point les mises à jour des détecteurs sont cruciales pour augmenter la sensibilité, ce qui conduit à une croissance extraordinaire du nombre d’événements détectés à chaque campagne d’observation successive. En effet, la collaboration internationale LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) alterne des périodes de collecte de données (campagnes d’observation) avec des phases consacrées à l’amélioration et à la mise en service des détecteurs. C’est aussi pour cette raison que le catalogue des événements d’ondes gravitationnelles — incluant les données validées et les paramètres physiques des sources — est régulièrement mis à jour et partagé avec toute la communauté scientifique.

« La sensibilité exceptionnelle de nos détecteurs », a déclaré Ed Porter, chercheur au Laboratoire Astroparticules et Cosmologie (APC) du CNRS, « nous permet désormais de détecter trois ou quatre signaux d’ondes gravitationnelles chaque semaine. Cette profusion de données, qu’une communauté entière de scientifiques et d’astronomes travaille à analyser et à étudier, nous a fait passer de l’ère des premières découvertes à celle de l’astronomie gravitationnelle de précision. Aujourd’hui, les études sur les ondes gravitationnelles permettent des analyses autrefois impensables : l’étude des populations de trous noirs, des tests de plus en plus précis de la relativité générale dans les conditions physiques extrêmes des phénomènes que nous observons, et le développement de nouvelles méthodes pour obtenir des estimations toujours plus précises de la constante de Hubble. C’est un scénario sur lequel peu de gens auraient parié il y a seulement dix ans. »
En plus des nouvelles perspectives ouvertes par ce nombre exceptionnel d’observations, le nouveau catalogue comprend également plusieurs détections exceptionnelles et établit de nouveaux records en matière d’observations en astronomie gravitationnelle : la meilleure localisation céleste jamais obtenue pour une source d’ondes gravitationnelles, le signal d’onde gravitationnelle le plus net jamais enregistré, et des preuves de l’existence de trous noirs de deuxième génération.

La meilleure localisation céleste jamais obtenue

Un signal détecté par les deux détecteurs LIGO aux États-Unis et Virgo en Europe le 15 juin 2024 — et donc nommé GW240615 — a établi le record de la localisation céleste la plus précise parmi tous les événements d’ondes gravitationnelles observés à ce jour. La source a été localisée dans une zone de seulement 6 degrés carrés, une portion relativement réduite de la sphère céleste. Cette performance exceptionnelle a été rendue possible grâce à la triangulation utilisant les données des trois détecteurs actifs à ce moment-là, y compris Virgo, qui a réintégré la campagne d’observation en avril 2024, soit au début de O4b, contribuant de manière significative aux capacités de localisation des sources .
« La localisation de plus en plus précise des sources sur la voute céleste est clairement l’une des priorités pour toute la communauté astronomique, afin de réduire la région du ciel où rechercher d’éventuels signaux électromagnétiques générés par les événements observés — en particulier dans le cas de fusions d’étoiles à neutrons ou entre un trou noir et une étoile à neutrons », a déclaré Marie Anne Bizouard, porte-parole de la collaboration Virgo et chercheuse au laboratoire Artemis (CNRS/Observatoire de la Cote d'Azur) à Nice. « Nous savions que la contribution de Virgo serait décisive pour améliorer la localisation des sources d’ondes gravitationnelles observées, et nous sommes fiers du travail exceptionnel accompli par l’équipe chargée de la mise en opération du détecteur, qui a été récompensé par ce résultat record. »
L’événement d’onde gravitationnelle observé avec cette localisation record était la fusion de deux trous noirs, de masses respectives 26 et 30 masses solaires environ, qui sont entrés en collision violente à plus de 3 milliards d’années-lumière de la Terre.
L’ amélioration des capacités du réseau à localiser les événements, et l’augmentation de la taille du jeu de données, ont aussi permis d’améliorer l’estimation de la constante de Hubble, H₀, qui indique la vitesse actuelle d’expansion de l’Univers. En utilisant le jeu de données GWTC-5, la collaboration LVK a obtenu une nouvelle mesure indépendante de la constante de Hubble, H₀ = 71,0 (-7 / +9) km s⁻¹ Mpc⁻¹, qui est plus de 25 % plus précise que l’estimation issue de la publication du catalogue précédent.
Cette valeur est entièrement cohérente avec les mesures bien établies provenant à la fois de notre voisinage cosmique et de l’Univers primordial, mais elle n’est pas encore assez précise pour résoudre la tension entre ces mesures.

Le signal d’onde gravitationnelle le plus clair jamais enregistré

Détecter les ondes gravitationnelles ne se limite pas à enregistrer un signal, mais à l’extraire du bruit qui perturbe les détecteurs. Cela nécessite des efforts intenses de réduction du bruit et des analyses de données très avancées, c’est pourquoi la « force » ou la « clarté » d’un signal s’exprime par le rapport signal-sur-bruit (SNR). Le catalogue publié aujourd’hui comprend le signal d’onde gravitationnelle le plus fidèle jamais détecté, avec un rapport signal-sur-bruit de 77.
Ce signal, GW250114, a atteint la Terre le 14 janvier 2025 et a été généré par la fusion de deux trous noirs de masses quasi identiques (32 et 34 fois la masse du Soleil respectivement), survenue à plus d’un milliard d’années-lumière de la Terre. La bonne qualité du signal a permis d’obtenir des résultats scientifiques exceptionnels, déjà publiés et annoncés par la collaboration LVK ces derniers mois, notamment le test le plus précis jamais réalisé de la relativité générale et la confirmation du théorème de l’aire des trous noirs de Stephen Hawking.
« Lorsque deux trous noirs fusionnent, la collision résonne comme une cloche, émettant differents tons spécifiques caractérisés par deux nombres : une fréquence oscillatoire et une durée d’amortissement. Si vous mesurez un de ces tons dans les données d’une collision, vous pouvez calculer la masse et le spin du trou noir formé lors de cette collision. Mais si vous mesurez deux tons ou plus dans les données — ce qu’un signal clair comme GW250114 permet — chacun d’eux fournit, selon la relativité générale, une mesure indépendante de la masse et du spin. »
« Si ces deux mesures sont compatibles alors vous validez effectivement la relativité générale », explique Keefe Mitman, physicien à l’Université Cornell. « Mais si vous mesurez deux tons qui ne correspondent pas à la même combinaison de masse et de spin, vous vous vous écartez des prédictions de la relativité générale, et pouvez commencer à approndir la question. »
GW250114 était suffisamment clair pour que les chercheurs puissent mesurer deux tons et contraindre un troisième. Tous sont en accord avec la relativité générale d’Einstein.

Trous noirs de deuxième génération

Un autre résultat remarquable, inclus dans le nouveau catalogue publié aujourd’hui — bien qu’il ait déjà été annoncé par la collaboration LVK ces derniers mois — concerne deux événements très particuliers : GW241011 et GW241110. Ces signaux, détectés en octobre et novembre 2024, à seulement un mois d’intervalle, ont été générés par deux fusions de trous noirs, situées respectivement à environ 700 millions et 2,4 milliards d’années-lumière de la Terre. Certaines caractéristiques de ces fusions — en particulier le spin des trous noirs (c’est-à-dire leur orientation et leur vitesse de rotation) — indiquent que les objets impliqués pourraient être des trous noirs de « deuxième génération », c’est-à-dire des trous noirs qui sont eux-mêmes le résultat de coalescences précédentes. Ces objets se seraient probablement formés dans des environnements cosmiques très denses et peuplés, comme les amas stellaires, où les trous noirs ont plus de chances d’entrer en collision et de fusionner à plusieurs reprises.
Le nombre croissant d’événements observés a également permis aux chercheurs d’étudier et d’identifier de plus en plus clairement les propriétés des différentes populations de trous noirs, et l’un des articles accompagnant le catalogue traite précisément de cet aspect spécifique.

« L’un des indices les plus intrigants issus du nouveau catalogue est l’apparition d’un groupe de trous noirs dont les masses se situent entre environ 10 et 20 fois la masse du Soleil, et qui semblent partager une caractéristique commune : ils tournent rapidement, étant probablement des trous noirs de « deuxième génération » », a déclaré Mario Spera. « Le mystère ne réside pas simplement dans le fait que ces trous noirs tournent rapidement, mais dans la raison pour laquelle cette sous-population apparaît précisément à ces masses. C’est un autre indice que l’Univers pourrait encore cacher des éléments importants de l’histoire de la naissance, de l’évolution et de la fusion des trous noirs. Et cette image deviendra de plus en plus riche, et plus surprenante, avec chaque nouveau catalogue d’ondes gravitationnelles de la collaboration LVK. »

Il reste encore des données à analyser issues de la quatrième campagne d'observation, dont la dernière partie sera rendue publique en décembre. Tous les membres de Virgo de notre laboratiore Artemis, avec toute la collaboration LVK, se félicitent de cette importante mise à jour du catalogue des événements d'ondes gravitationnelles observés, de l'équipe internationale qui l'a rendue possible et des découvertes à venir.

Media Contacts:
Marie Anne Bizouard, porte parole de la Collaboration Virgo, Observatoire de la Côte d'Azur marieanne.bizouard@oca.eu

pour en savoir plus, en français : le resumé scientifique.