Découverte
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Date de détection | 14 septembre 2015, 09:50:45 UTC |
| Signal | GW150914 |
| Source | Fusion de deux trous noirs (36 + 29 M☉ → 62 M☉) |
| Distance | 1,3 milliard d'années-lumière (z ≈ 0,09) |
| Énergie rayonnée | 3 M☉c² ≈ 5,4 × 10⁴⁷ J en 0,2 s |
| Nobel de physique | 2017 (Weiss, Thorne, Barish) |
Explication technique
1. Interférométrie laser — LIGO est un interféromètre de Michelson à bras de 4 km. Un laser Nd:YAG (1 064 nm ; 125 W en entrée dans la spécification de conception d'Advanced LIGO, mais ~22 W en entrée et ~100 kW en cavité Fabry-Pérot lors du run O1 de septembre 2015) est divisé en deux faisceaux parcourant les bras perpendiculaires et se recombinant sur un photodétecteur. En l'absence de signal, les faisceaux interfèrent destructivement (« dark port »). Une onde gravitationnelle étire un bras et comprime l'autre, créant un déphasage proportionnel à la déformation h = ΔL/L.
2. Sensibilité extrême — La déformation mesurée pour GW150914 est h ≈ 10⁻²¹, soit ΔL ≈ 4 × 10⁻¹⁸ m sur 4 km. Pour atteindre cette sensibilité : miroirs de 40 kg en silice ultra-pure, suspension quadruple pendulaire (isolation sismique >10¹⁰ au-dessus de 10 Hz), et vide poussé (10⁻⁷ Pa dans les tubes). Le squeezing quantique (réduction du bruit de grenaille sous la limite quantique standard) est postérieur à cette détection : il n'est mis en service qu'en 2019, lors du run O3.
3. Filtrage du bruit — Les sources de bruit sont : sismique (<10 Hz), thermique des miroirs (10-100 Hz), grenaille photonique (>100 Hz), et perturbations environnementales (vent, trains, vagues océaniques). Le signal GW150914 balaie 35-250 Hz en 0,2 seconde (chirp) — motif caractéristique de spirale (inspiral → merger → ringdown) prédit par la relativité numérique.
4. Coïncidence inter-détecteurs — LIGO opère deux sites (Hanford, Washington et Livingston, Louisiane) séparés de 3 002 km. Le signal doit apparaître dans les deux détecteurs avec un délai ≤10 ms (temps de trajet lumière). GW150914 arrive à Livingston 6,9 ms avant Hanford — cohérent avec la direction de la source.
Pourquoi ça a fonctionné
La clé est l'isolation vibratoire : les miroirs sont suspendus par 4 étages de pendules dont la fréquence propre est ~0,5 Hz, filtrant passivement les vibrations au-dessus de quelques Hz par un facteur >10¹⁰. Le recyclage de puissance (cavité Fabry-Pérot) augmente la puissance effective du laser, portée lors du run O1 de ~22 W en entrée à ~100 kW en cavité, réduisant le bruit de grenaille. La coïncidence entre deux sites séparés de 3 002 km élimine les faux positifs locaux.
Chaîne causale
Relativité générale (Einstein, 1915) → Prédiction des ondes gravitationnelles (1916) → Weber bars (1960s, non confirmé) → Concept interférométrique (Weiss, 1972) → LIGO financé (NSF, 1992) → Initial LIGO (2002-2010, aucune détection) → Advanced LIGO (upgrade 2010-2015) → GW150914 (14 sept 2015) → Nobel 2017 → Fusion d'étoiles à neutrons GW170817 (première multi-messager, 2017) → Astronomie gravitationnelle
Anecdote
GW150914 est détecté le 14 septembre 2015 — près de 100 ans après la publication de la relativité générale par Einstein. Le signal est si fort qu'il est visible à l'œil nu dans les données après filtrage passe-bande 35–350 Hz. L'équipe LIGO a d'abord suspecté une injection de test (blind injection), procédure utilisée pour vérifier la chaîne d'analyse. Il a fallu confirmer qu'aucune injection n'était programmée ce jour-là.
Sources
Références vérifiées lors de l'audit factuel d'août 2026 : ce sont les pages
contre lesquelles les affirmations de ce bulletin ont été confrontées.