Que sont les ondes gravitationnelles?
Les ondes gravitationnelles sont des changements dans le champ gravitationnel qui se propagent
Onde gravitationnelle polarisée
Dans la théorie de la relativité générale, ainsi que dansLa plupart des autres modèles modernes indiquent que les ondes gravitationnelles résultent du mouvement de corps massifs à accélération variable. Les ondes gravitationnelles se propagent librement dans l'espace à la vitesse de la lumière. Ils sont de très petite taille et difficiles à enregistrer.
Les ondes gravitationnelles ont été découvertes pour la première foisen septembre 2015, deux détecteurs jumeaux de l'observatoire LIGO, qui ont détecté des ondes gravitationnelles résultant probablement de la fusion de deux trous noirs et de la formation d'un autre trou noir massif en rotation.
Toute étoile double lorsque ses composants tournentautour d'un centre de masse commun, il perd de l'énergie (comme supposé - en raison du rayonnement des ondes gravitationnelles) et finit par fusionner. Mais pour les étoiles doubles ordinaires, non compactes, ce processus prend très longtemps, bien plus longtemps que l’âge actuel de l’Univers.
Si le système double compact se compose depaires d'étoiles à neutrons, trous noirs ou une combinaison des deux, la fusion peut se produire dans quelques millions d'années. Au début, les objets se rapprochent, et leur période orbitale diminue. Puis, au stade final, une collision et un effondrement gravitationnel asymétrique se produisent. Ce processus dure une fraction de seconde et pendant ce temps, de l'énergie est libérée dans le rayonnement gravitationnel, qui, selon certaines estimations, représente plus de 50% de la masse du système.
Comment trouve-t-on les ondes gravitationnelles?
Il est assez difficile de détecter les ondes gravitationnelles en raison de leur faiblesse. Les appareils permettant de les enregistrer sont des détecteurs d'ondes gravitationnelles. Des tentatives de détection ont été faites depuis la fin des années 1960.
Ondes gravitationnelles d'amplitude détectablenaissent lors de l'effondrement d'un double pulsar. Des événements similaires se produisent à proximité de notre galaxie environ une fois par décennie. Les sources d'ondes gravitationnelles les plus puissantes et les plus fréquentes pour les télescopes et les antennes gravitationnelles sont les catastrophes associées à l'effondrement des systèmes binaires dans les galaxies proches. On s'attend à ce que dans un avenir proche, plusieurs événements similaires soient enregistrés chaque année sur des détecteurs gravitationnels améliorés, faussant la métrique au voisinage de la Terre de 10−21—10−23.
Deux corps se déplaçant sur des orbites circulaires autour d'un centre de masse commun
De nouvelles façons de détecter les ondes gravitationnelles
En 2017, des scientifiques qui ont mené une expérience sousL'Observatoire des ondes gravitationnelles interférométriques laser (LIGO), a remporté le prix Nobel de physique pour la toute première détection directe des ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs à environ 1,3 milliard d'années-lumière de la Terre. Les ondes générées par cette collision ont violé le fond d'ondes gravitationnelles de l'Univers et ont atteint la Terre.
En plus de ces fortes perturbations ponctuelles,que les astrophysiciens ont déjà appris à corriger, il existe un soi-disant fond d'ondes gravitationnelles - un flux constant de rayonnement gravitationnel qui, selon la théorie, lave constamment la Terre.
Une autre occasion de détecter l'arrière-plandes ondes gravitationnelles remplissant l'Univers est une synchronisation de haute précision des pulsars distants - une analyse de l'heure d'arrivée de leurs impulsions, qui changent de façon caractéristique sous l'action des ondes gravitationnelles traversant l'espace entre la Terre et le pulsar.
Depuis 2013, la précision du timing est estimée àdoit être augmenté d'environ un ordre de grandeur pour pouvoir détecter les ondes de fond provenant de nombreuses sources dans notre Univers, et cette tâche peut être résolue avant la fin de la décennie. Mais le passage d’une onde gravitationnelle devrait légèrement, de quelques nanosecondes, modifier l’heure à laquelle ces éruptions sont enregistrées. Ainsi, en suivant avec précision le timing des pulsars distants, il est théoriquement possible de détecter le fond d’ondes gravitationnelles de la galaxie. Ceci est confirmé par les résultats préliminaires du projet NANOGrav.
Quelles nouvelles ondes gravitationnelles les scientifiques ont-ils trouvées?
Les scientifiques ont déclaré qu'ils étaient capables de détecter des signes de rayonnement gravitationnel constant qui traverse l'Univers et déforme la structure de l'espace-temps.
Nous avons trouvé un signal fort dans notre ensemble de données. Nous ne pouvons pas encore dire qu'il s'agit d'ondes gravitationnelles de fond, mais notre objectif se rapproche.
Joseph Simon, astrophysicien et auteur principal de l'article
Selon les auteurs, aucun autre observatoirecapables de détecter les ondes gravitationnelles de fond, car ils se concentrent sur la recherche d'événements ponctuels d'une durée de plusieurs secondes. Dans le cadre de l'expérience, les scientifiques ont suivi 45 pulsars pendant plusieurs années - et ont déjà trouvé des signes de légers changements dans leur fréquence. Les pulsars peuvent être comparés aux phares galactiques qui sont constamment au même endroit.
Nous recherchons des vagues qui durent des années ou des décennies.Selon cette théorie, les fusions galactiques et autres événements cosmologiques provoquent une explosion constante d’énormes ondes gravitationnelles. Il faut des années, voire plus, pour qu’une de ces vagues passe près de la Terre. Pour cette raison, aucune autre expérience existante ne peut les détecter directement.
Joseph Simon, astrophysicien et auteur principal de l'article
Les ondes de gravité qui passent changentun motif stable de lumière émanant des pulsars, augmentant ou contractant les distances relatives parcourues par ces rayons dans l'espace. En d'autres termes, les scientifiques peuvent théoriquement détecter le fond des ondes gravitationnelles en suivant les changements corrélés au moment de l'arrivée du rayonnement pulsar sur Terre.
Que font ces ondes gravitationnelles?
Le passage des ondes gravitationnelles changeun modèle stable de lumière émanant des pulsars, augmentant ou comprimant les distances relatives parcourues par ces rayons dans l’espace. En d’autres termes, les scientifiques pourraient théoriquement détecter l’arrière-plan des ondes gravitationnelles en suivant les changements corrélés dans les temps d’arrivée du rayonnement des pulsars sur Terre. Cependant, cela ne suffit pas pour tirer des conclusions définitives. Les astronomes ont donc annoncé leur intention de créer l'IPTA, un réseau d'instruments qui permettra de détecter de telles déviations pour un grand nombre de pulsars.
La détection du fond d’ondes gravitationnelles seraun grand pas en avant, mais seulement un premier pas. La prochaine étape sera la découverte de leurs sources, puis de tout ce qu'ils peuvent nous dire de nouveau sur l'Univers.
Joseph Simon, astrophysicien et auteur principal de l'article
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