Les détecteurs d’ondes gravitationnelles s’allument de nouveau et nous sommes impatients


Les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO et Virgo sont prêts à reprendre leur chasse aux ondes gravitationnelles le 1er avril.

détecteurs d'ondes gravitationnelles

Ils seront encore plus sensibles grâce à un ensemble de mises à niveau de leurs lasers, miroirs et autres composants. Cette prochaine manche sera importante pour des raisons différentes de celles des deux premières séances d’observation.

Nous sommes officiellement entrés dans une période où deux trous noirs s’entrechoquent dans une collision insondable qui envoie des ondulations dans l’espace-temps lui-même – des ondulations que nous pouvons réellement détecter – est une routine. Mais les scientifiques ne s’inquiètent plus de la plupart des collisions individuelles. Au lieu de cela, ils s’intéressent au comportement de notre Univers de façon plus générale – sur la façon dont les trous noirs peuvent finir par entrer en collision, sur les types d’endroits dans l’Univers qui abritent ce genre d’environnements où les trous noirs s’entrechoquent, et sur la question de savoir si les trous noirs se développent par une sorte d’arbre généalogique chaotique de fusion.

“Nous attendons des dizaines d’événements dans notre prochaine course d’observation”, a déclaré Christopher Berry, professeur de recherche du CIERA Board of Visitors à la Northwestern University, à Gizmodo. “Cela pourrait changer radicalement ce que nous savons sur la population des trous noirs.”

Résumé rapide : Albert Einstein a d’abord théorisé que la gravité devrait voyager à la vitesse de la lumière lorsque les ondes ondulent dans l’espace (et le temps) lui-même. Après des décennies de recherches approfondies, les scientifiques ont finalement annoncé en 2016 qu’ils avaient repéré les ondulations créées par la collision de deux trous noirs à l’aide de deux tunnels en L de plusieurs kilomètres de long, chacun traversant un faisceau laser. Des miroirs spéciaux divisent le faisceau laser en deux, envoient les morceaux dans l’une des ailes du tunnel et les réunissent sur un détecteur. Le détecteur a observé les ondulations incroyablement petites dans l’espace-temps par l’intermédiaire des lasers se déplaçant en phase et en déphasage les uns par rapport aux autres.

Les détecteurs ont maintenant mesuré 10 cas de collisions de trous noirs et un cas de deux étoiles à neutrons, objets incroyablement denses autour de la masse du Soleil, mais de la taille d’une petite ville, qui s’entrechoquent ensemble. Mais la simple détection des ondes gravitationnelles n’est plus l’élément le plus intéressant. Aujourd’hui, ces détecteurs ont essentiellement la même fonction que les télescopes, mais ils mesurent la gravité au lieu de la lumière.

Les scientifiques se posent toutes sortes de questions ; par exemple, quels types d’environnements ont des conditions favorables pour rapprocher deux trous noirs assez près pour qu’ils entrent en collision ? Il y a deux idées concurrentes, et l’une ou l’autre (ou peut-être les deux !) pourrait avoir raison. Peut-être que des paires de trous noirs se forment à partir d’étoiles binaires qui s’effondrent toutes les deux en trous noirs. Ou peut-être qu’il y a des régions dans l’espace où les trous noirs sont assez rapprochés pour qu’ils puissent entrer en collision. Les astrophysiciens peuvent déduire si les pirouettes des trous noirs ont été alignées ou désalignées lors d’une collision en se basant sur les ondes gravitationnelles résultantes, une statistique qui pourrait les aider à comprendre comment elles se sont formées.

Une question connexe est de savoir si les trous noirs se développent. Le plus récent transfert de données des détecteurs d’ondes gravitationnelles s’est produit avec un trou noir appelé 170729, faisant 80 fois la masse du Soleil et plus grand que ce que l’on sait possible à partir d’un effondrement d’une étoile unique. Cela a amené les chercheurs à se demander si les fusions de trous noirs font simplement partie du cycle de vie des trous noirs – les trous noirs ont-ils des arbres généalogiques et continuent-ils de croître et de doubler de taille à mesure que de nouvelles fusions se produisent ? Un article récent de Chase Kimball, étudiant diplômé de l’Université Northwestern, ainsi que Berry et Vicky Kalogera, ont tenté de déterminer les chances que GW170729 soit en fait un trou noir de deuxième génération, résultat de deux fusions, en supposant qu’il existe des amas globulaires avec de nombreux trous noirs vivant ensemble.

Leur résultat : C’est possible, mais il faut plus de données. Et c’est ce qui rend le redémarrage de LIGO aux États-Unis et de Virgo en Italie si excitant.

“Nous déduisons la population totale de trous noirs à partir de 10 trous noirs binaires”, explique Kimball. “Je suis excité parce que si c’est ce que nous sommes capables de faire à partir de 10 trous noirs, [le 1er avril] la troisième observation va commencer et nous allons en observer beaucoup plus.” Les scientifiques peuvent voir jusqu’à 40 collisions de trous noirs au cours de cette session.

Si vous y pensez, nous élargissons notre compréhension non seulement des trous noirs, mais aussi des étoiles elles-mêmes. Les étoiles, une fois qu’elles sont parvenues à la fin de leur vie en tant que centrales à fusion nucléaire brillantes, ne se contenteront peut-être pas de se vautrer comme de sombres cadavres stellaires – elles pourraient profiter d’une seconde vie riche et dynamique en fusionnant et en développant des trous noirs. C’est difficile à dire.

“Cette partie de l’évolution massive des étoiles n’a jamais été observée auparavant”, explique Maya Fishbach, étudiante diplômée à l’Université de Chicago, à Gizmodo. Elle convient que la seule façon de répondre à ces questions est d’organiser plus d’événements.

D’où les scientifiques se rendent-ils compte qu’ils vont voir tant d’autres événements ? Will Farr, astrophysicien à l’Université de Stony Brook et à l’Institut Flatiron de la Fondation Simons, a déclaré à Gizmodo que la dernière mission d’observation permettra aux scientifiques de voir trois fois plus l’Univers que la précédente. Non seulement cela pourrait entraîner des dizaines d’autres événements, mais il pourrait y avoir des surprises auxquelles les chercheurs ne s’attendaient pas. Il pourrait aussi y avoir plus de fusions d’étoiles à neutrons, ce qui nous aiderait à mieux comprendre l’origine d’éléments comme l’or ou les mystérieuses explosions de rayons gamma que les scientifiques détectent parfois.

Quoi qu’il arrive, ce sera passionnant, et nous sommes impatients de voir les données commencer à arriver.

Lire aussi : Une nouvelle théorie qui relie trous noirs, matière noire et ondes gravitationnelles

Source : Gizmodo – Traduit par Anguille sous roche


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