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Fond d'onde gravitationnelle (GWB) : une percée dans la détection directe

Onde gravitationnelle a été directement détecté pour la première fois en 2015, après un siècle de prédiction par la théorie de la relativité générale d'Einstein en 1916. Mais, la fréquence continue et basse Gravitationnel-fond d'onde (GWB) que l'on pense être présent dans tout le univers n’a pas été détecté directement jusqu’à présent. Les chercheurs de l'Observatoire nord-américain des nanohertz pour Ondes gravitationnelles (NANOGrav) ont récemment signalé la détection d'un signal basse fréquence qui pourrait être un « fond d'ondes gravitationnelles (GWB) ».   

La théorie générale de la relativité proposée par Einstein en 1916 prédit que les événements cosmiques majeurs tels que la supernova ou la fusion de les trous noirs devrait produire ondes gravitationnelles qui se propagent à travers le Univers. La Terre devrait être inondée de ondes gravitationnelles provenant de toutes les directions, mais ceux-ci ne sont pas détectés car ils deviennent extrêmement faibles au moment où ils atteignent la Terre. Il a fallu environ un siècle pour détecter directement les ondulations gravitationnelles lorsqu'en 2015, l'équipe LIGO-Virgo a réussi à détecter ondes gravitationnelles produit suite à la fusion de deux les trous noirs situé à une distance de 1.3 milliard d'années-lumière de la Terre (1). Cela signifiait également que les ondulations détectées étaient porteuses d'informations sur l'événement cosmique qui a eu lieu il y a environ 1.3 milliard d'années.  

Depuis la première détection en 2015, bon nombre de ondulations gravitationnelles ont été enregistrées jusqu'à ce jour. La plupart d'entre eux étaient dus à la fusion de deux les trous noirs, peu étaient dus à la collision de deux étoiles à neutrons (2). Tous détectés ondes gravitationnelles jusqu'à présent étaient épisodiques, dus à une paire binaire de les trous noirs ou des étoiles à neutrons en spirale et fusionnant ou entrant en collision les unes avec les autres (3) et étaient de haute fréquence, de courte longueur d'onde (en millisecondes).   

Cependant, comme il existe un grand nombre de sources de ondes gravitationnelles dans le univers donc beaucoup ondes gravitationnelles ensemble de partout dans le monde univers peut traverser continuellement la terre tout le temps, formant un fond ou un bruit. Cela doit être continu, aléatoire et constitué de petites ondes de basse fréquence. On estime qu’une partie de cette énergie pourrait même provenir du Big Bang. Appelé Gravitationnel-fond d'onde (GWB), cela n'a pas été détecté jusqu'à présent (3).  

Mais nous sommes peut-être sur le point de réaliser une percée – les chercheurs de l’Observatoire nord-américain des nanohertz pour Ondes gravitationnelles (NANOGrav) ont signalé la détection d'un signal basse fréquence qui pourrait être un « fond d'ondes gravitationnelles (GWB) ». (4,5,6).  

Contrairement à l'équipe LIGO-virgo qui a détecté onde gravitationnelle à partir de paires individuelles de les trous noirs, l'équipe NANOGrav a recherché des bruits persistants, semblables à des "combinés". onde gravitationnelle créé sur une très longue période par d'innombrables trous noirs dans le univers. L'accent était mis sur les « très longues longueurs d'onde » onde gravitationnelle à l'autre extrémité du « spectre des ondes gravitationnelles ».

Contrairement à la lumière et aux autres rayonnements électromagnétiques, les ondes gravitationnelles ne peuvent pas être observées directement avec un télescope.  

L'équipe NANOGrav a choisi milliseconde des pulsars (MSP) qui tournent très rapidement avec une stabilité à long terme. Il y a un motif de lumière stable provenant de ces pulseurs qui devrait être modifié par l'onde gravitationnelle. L’idée était d’observer et de surveiller un ensemble de pulsars millisecondes (MSP) ultra-stables pour détecter les changements corrélés dans le moment de l’arrivée des signaux sur Terre, créant ainsi un «Galaxy« taille » détecteur d'ondes gravitationnelles au sein de notre propre galaxie. L’équipe a créé un réseau de synchronisation de pulsars en étudiant 47 de ces pulsars. L'Observatoire d'Arecibo et le télescope Green Bank ont ​​été les Radio télescopes utilisés pour les mesures.   

L'ensemble de données obtenu à ce jour comprend 47 MSP et plus de 12.5 années d'observations. Sur cette base, il n'est pas possible de prouver de manière concluante la détection directe de la GWB bien que les signaux basse fréquence détectés l'indiquent très bien. Peut-être que la prochaine étape serait d'inclure plus de pulsars dans le réseau et de les étudier pendant une période plus longue pour améliorer la sensibilité.  

Pour étudier la univers, les scientifiques dépendaient exclusivement des rayonnements électromagnétiques comme la lumière, les rayons X, Radio Onde etc. N'ayant aucun rapport avec le rayonnement électromagnétique, la détection de la gravitation en 2015 a ouvert une nouvelle fenêtre d'opportunité aux scientifiques pour étudier les corps célestes et comprendre les univers en particulier les événements célestes invisibles aux astronomes électromagnétiques. De plus, contrairement au rayonnement électromagnétique, les ondes gravitationnelles n’interagissent pas avec la matière et voyagent donc pratiquement sans entrave, transportant des informations sur leur origine et leur source, sans aucune distorsion.(3)

La détection du fond d’ondes gravitationnelles (GWB) élargirait encore les possibilités. Il pourrait même devenir possible de détecter les ondes générées par le Big Bang, ce qui pourrait nous aider à comprendre l'origine du phénomène. univers d'une meilleure manière.

***

Références:  

  1. Castelvecchi D. et Witze A., 2016. Les ondes gravitationnelles d'Einstein enfin découvertes. Nature News 11 février 2016. DOI : https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  
  1. Castelvecchi D., 2020. Ce que 50 événements d'ondes gravitationnelles révèlent sur l'Univers. Nature News Publié le 30 octobre 2020. DOI : https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  
  1. LIGO 2021. Sources et types d'ondes gravitationnelles. Disponible en ligne sur https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Consulté le 12 janvier 2021. 
  1. Collaboration NANOGrav, 2021. NANOGrav trouve de possibles « premiers indices » de l'arrière-plan des ondes gravitationnelles à basse fréquence. Disponible en ligne sur http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Consulté le 12 janvier 2021 
  1. Collaboration NANOGrav 2021. Point de presse - À la recherche de l'arrière-plan des ondes gravitationnelles dans 12.5 ans de données NANOGrav. 11 janvier 2021. Disponible en ligne sur http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  
  1. Arzoumanian Z., et al 2020. L'ensemble de données NANOGrav 12.5 ans: recherche d'un fond d'onde gravitationnelle stochastique isotrope. The Astrophysical Journal Letters, Volume 905, Numéro 2. DOI : https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Journaliste scientifique | Rédacteur fondateur, magazine Scientific European

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