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 le fond d'ondes gravitationnelles (GWB) continu et à basse fréquence, que l'on pense être présent dans tout le monde, 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 l' 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 fond d'ondes gravitationnelles (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 l' 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 pulsars (MSPs) that rotate very rapidly with long term stability. There is steady pattern of light coming from these pulsers which should be altered by the gravitational wave. The idea was to observe and monitor an ensemble of ultra-stable millisecond pulsars (MSP) for correlated changes in the timing of the arrival of the signals at the Earth thus creating a “Galaxy-sized” gravitational-wave detector within our own galaxie. The team created a pulsar timing array by studying 47 of such pulsars. The Arecibo Observatory and the Green Bank Telescope were the radio telescopes used for the measurements.   

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, les ondes radio, etc. N'ayant aucun rapport avec le rayonnement électromagnétique, la détection gravitationnelle 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.

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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  

2. 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  

3. 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. 

4. 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 

5. 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  

6. 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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