Chasse aux ondes gravitationnelles des trous noirs monstres

Fermi détecte les rayons gamma, la forme de lumière la plus énergétique. Une équipe internationale de scientifiques a examiné plus d’une décennie de données de Fermi collectées à partir de pulsars, des noyaux d’étoiles en rotation rapide qui ont explosé en supernovae. Ils ont recherché de légères variations dans le temps d’arrivée des rayons gamma de ces pulsars, changements qui auraient pu être causés par la lumière traversant les ondes gravitationnelles en route vers la Terre. Mais ils n’en ont trouvé aucun.

Bien qu’aucune vague n’ait été détectée, l’analyse montre qu’avec plus d’observations, ces vagues pourraient être à la portée de Fermi.

“Nous nous sommes un peu surpris lorsque nous avons découvert que Fermi pouvait nous aider à rechercher de longues ondes gravitationnelles”, a déclaré Matthew Kerr, chercheur en physique au US Naval Research Laboratory à Washington. “C’est nouveau dans la mêlée – les études radio font des recherches similaires depuis des années. Mais les rayons de Fermi et gamma ont des caractéristiques particulières qui, ensemble, en font un outil très puissant dans cette enquête.”

Les résultats de l’étude, codirigée par Kerr et Aditya Parthasarathy, chercheur à l’Institut Max Planck de radioastronomie à Bonn, en Allemagne, ont été publiés en ligne par la revue La science le 7 avril.

Lorsque des objets massifs accélèrent, ils produisent des ondes gravitationnelles se déplaçant à la vitesse de la lumière. L’Observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser basé au sol – qui a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles en 2015 – peut détecter des ondulations de dizaines à des centaines de kilomètres de crête en crête, qui passent devant la Terre en quelques fractions de seconde. La prochaine antenne spatiale de l’interféromètre laser basée dans l’espace captera des ondes de millions à des milliards de kilomètres de long.

Kerr et son équipe recherchent des ondes qui sont des années-lumière, ou des milliards de kilomètres, longues et mettent des années à passer la Terre. Ces longues ondulations font partie du fond des ondes gravitationnelles, une mer aléatoire d’ondes générées en partie par des paires de trous noirs supermassifs au centre des galaxies fusionnées à travers l’univers.

Pour les trouver, les scientifiques ont besoin de détecteurs de la taille d’une galaxie appelés réseaux de synchronisation de pulsars. Ces réseaux utilisent des ensembles spécifiques de pulsars millisecondes, qui tournent aussi vite que les pales du mélangeur. Les pulsars millisecondes balaient des faisceaux de rayonnement, des rayons radio aux rayons gamma, au-delà de notre champ de vision, semblant pulser avec une régularité incroyable – comme des horloges cosmiques.

Lorsque de longues ondes gravitationnelles passent entre l’un de ces pulsars et la Terre, elles retardent ou avancent le temps d’arrivée de la lumière de plusieurs milliardièmes de seconde. En recherchant un modèle spécifique de variations d’impulsions parmi les pulsars d’un réseau, les scientifiques s’attendent à ce qu’ils puissent révéler les ondes gravitationnelles qui les traversent.

Les radioastronomes utilisent des réseaux de synchronisation de pulsars depuis des décennies, et leurs observations sont les plus sensibles à ces ondes gravitationnelles. Mais les effets interstellaires compliquent l’analyse des données radio. L’espace est parsemé d’électrons parasites. À des années-lumière, leurs effets se combinent pour courber la trajectoire des ondes radio. Cela modifie les temps d’arrivée des impulsions à différentes fréquences. Les rayons gamma ne souffrent pas de ces complications, fournissant à la fois une sonde complémentaire et une confirmation indépendante des résultats radio.

“Les résultats de Fermi sont déjà 30% aussi bons que les réseaux de synchronisation des pulsars radio lorsqu’il s’agit de détecter potentiellement le fond des ondes gravitationnelles”, a déclaré Parthasarathy. “Avec cinq autres années de collecte et d’analyse de données sur les pulsars, il sera tout aussi capable avec l’avantage supplémentaire de ne pas avoir à se soucier de tous ces électrons parasites.”

Au cours de la prochaine décennie, les astronomes radio et gamma s’attendent à atteindre des sensibilités qui leur permettront de capter les ondes gravitationnelles des paires de trous noirs monstres en orbite.

“La capacité sans précédent de Fermi à chronométrer précisément l’arrivée des rayons gamma et son large champ de vision rendent cette mesure possible”, a déclaré Judith Racusin, scientifique adjointe du projet Fermi au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. “Depuis son lancement, la mission nous a constamment surpris avec de nouvelles informations sur le ciel à rayons gamma. Nous attendons tous avec impatience la prochaine découverte étonnante.”

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par NASA/Centre de vol spatial Goddard. Original écrit par Jeanette Kazmierczak. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.