Les astronomes ont détecté des ondes gravitationnelles. Maintenant, ils veulent voir l’océan cosmique

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Le télescope Green Bank en Virginie-Occidentale aide à rechercher le fond des ondes gravitationnelles.

Le télescope Green Bank en Virginie-Occidentale aide à rechercher le fond des ondes gravitationnelles.
Photo: ANDREW CABALLERO-REYNOLDS / AFP via Getty Images (Getty Images)

En utilisant un signal provenant de dizaines d’étoiles mortes à rotation rapide, les astrophysiciens se sont rapprochés de la réalisation de leur objectif de détecter un grondement de fond d’ondes gravitationnelles dans l’univers.

Quand l’existence des ondes gravitationnelles était confirmé en 2016, un nouveau champ de recherche astrophysique s’est ouvert. Deux trous noirs sont entrés en collision, envoyant une ondulation dans le tissu de l’espace-temps qui a été détectée sur Terre lorsqu’elle a provoqué un blip dans les instruments sensibles de l’observatoire à ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser. Depuis lors, les scientifiques ont capté plus d’ondes gravitationnelles produites par des smash-ups massifs, mais ils ont également cherché des moyens de voir le fond des ondes gravitationnelles. Pour utiliser une métaphore: nous avons détecté de grosses vagues qui ont secoué notre bateau planétaire, et maintenant nous voulons voir tout le désordre des vagues se déferler dans l’océan cosmique.

Le mois dernier, l’Observatoire nord-américain Nanohertz des ondes gravitationnelles publié son dernier ensemble de données dans The Astrophysical Journal Letters. Les données – 12 ans et demi de celui-ci – ont été compilées à partir d’observations faites par le télescope Green Bank en Virginie occidentale et le Observatoire Arecibo récemment effondré à Porto Rico. Le papier décrit ce qui peut être un modèle révélateur dans la lumière de 45 pulsars. C’est une étape vers l’identification du fond des ondes gravitationnelles.

« Ce que nous trouvons spécifiquement, c’est un signal basse fréquence, et c’est un signal commun à tous les pulsars du réseau », a déclaré Joseph Simon, astrophysicien à l’Université du Colorado à Boulder et auteur principal du récent article. conférence aujourd’hui. Simon a déclaré que ce signal « est ce à quoi nous nous attendons aux premiers indices du fond des ondes gravitationnelles. »

Les pulsars sont les restes denses et tournants de certaines étoiles mortes. Les pulsars millisecondes tournent extrêmement vite – des centaines de fois par seconde – et quelques-uns le font de manière suffisamment fiable pour permettre aux chercheurs de cataloguer les changements infimes de la position relative de notre planète par rapport à ces pulsars. En utilisant les impulsions d’ondes radio des pulsars de la Voie lactée dans un réseau, l’équipe a effectivement évoqué un réseau de détecteurs de la taille d’une galaxie pour les ondes gravitationnelles à basse fréquence, générées par les orbites des trous noirs supermassifs plutôt que par leurs collisions. L’arrière-plan gravitationnel recherché par l’équipe apparaîtrait davantage comme un murmure constant et confus dans l’espace-temps qu’un blip isolé comme celui détecté par LIGO en 2016.

Le réseau est composé de pulsars répartis dans toute la Voie lactée.

Le réseau est composé de pulsars répartis dans toute la Voie lactée.
Photo: MARIANA SUAREZ / AFP via Getty Images (Getty Images)

Les ondes gravitationnelles ont été prédites par la relativité générale. Des décennies d’analyse astrophysique ont conclu que de telles ondes provoqueraient des changements dans la synchronisation de la lumière des pulsars atteignant la Terre. Un fond d’onde gravitationnelle affecterait la lumière que nous voyons du des pulsars basés sur l’emplacement et la position relative de chacun, et un certain modèle corrélé dans les changements de cette lumière indiqueraient un fond d’onde gravitationnelle. L’équipe n’a pas officiellement trouvé le modèle, mais elle pense en avoir repéré le début.

Même si les astrophysiciens ont examiné plus de 12 ans de données de leur réseau de pulsars, ils ont encore besoin de plus de temps et de plus de pulsars pour être sûrs du modèle. Les ondes documentées par l’équipe ont des longueurs d’onde beaucoup plus longues que les ondes gravitationnelles détectées par LIGO en 2016, les progrès de la recherche ont donc été progressifs.

Un défi est que les impulsions des pulsars sont chronométrées à l’aide d’horloges atomiques, qui peuvent perdre leur précision. Mais les erreurs d’horloge atomique ont été exclues dans les données récentes, selon Scott Ransom, astronome à l’Observatoire national de radioastronomie et co-auteur du récent article.

La rançon assimile les ondes gravitationnelles aux vagues dans l’océan de l’espace-temps, provenant de différentes sources proches et lointaines. Les ondes gravitationnelles interfèrent les unes avec les autres et se chevauchent contre une Terre flottant dans cet océan, étirant et comprimant la planète très légèrement.

« Ce que nous pouvons en déduire, c’est comme si vous pouvez voir l’océan calme ou agité », a déclaré Ransom lors d’un appel téléphonique. «Nous pouvons obtenir beaucoup d’informations sur l’histoire complète de l’univers et sur la manière dont les galaxies fusionnent et interagissent simplement en voyant ce signal de fond.»

Simon et Ransom ont pleuré la perte de l’antenne radio de l’Observatoire d’Arecibo, qui s’est effondré en décembre après deux pannes de câbles. L’équipe de recherche tirait des données de l’observatoire jusqu’à la rupture du premier câble, et le récent article ne comprenait des données que jusqu’en 2017. Leur ensemble de données actuel fournira une sorte de vie après la mort d’Arecibo, car il contribuera à la recherche d’un fond d’ondes gravitationnelles pour les années à venir.

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