Les ondes gravitationnelles identifient ce qui pourrait être un événement rare sur 1000


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  • Des chercheurs de l’Université de Cardiff ont identifié un mouvement de torsion particulier dans les orbites de deux trous noirs en collision, un phénomène exotique prédit par la théorie de la gravité d’Einstein.

    Leur étude, publiée dans Nature et dirigée par le professeur Mark Hannam, le Dr Charlie Hoy et le Dr Jonathan Thompson, rapporte que c’est la première fois que cet effet, connu sous le nom de précession, est observé dans des trous noirs, où la torsion est de 10 milliards fois plus rapide que dans les observations précédentes.

    Le système de trous noirs binaires a été découvert par ondes gravitationnelles au début de 2020 dans les détecteurs Advanced LIGO et Virgo. L’un des trous noirs, 40 fois plus gros que notre Soleil, est probablement le trou noir qui tourne le plus rapidement grâce aux ondes gravitationnelles. Et contrairement à toutes les observations précédentes, le trou noir en rotation rapide a tellement déformé l’espace et le temps que l’orbite entière du binaire a oscillé d’avant en arrière.

    Cette forme de précession est propre à la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ces résultats confirment son existence dans l’événement physique le plus extrême que nous puissions observer, la collision de deux trous noirs.

    « Nous avons toujours pensé que les trous noirs binaires pouvaient faire cela », a déclaré le professeur Mark Hannam du Gravity Exploration Institute de l’Université de Cardiff. « Nous espérions repérer un exemple depuis les premières détections d’ondes gravitationnelles. Nous avons dû attendre cinq ans et plus de 80 détections distinctes, mais finalement nous en avons une ! »

    Un exemple plus terre-à-terre de précession est l’oscillation d’une toupie, qui peut osciller – ou précession – une fois toutes les quelques secondes. En revanche, la précession en relativité générale est généralement un effet si faible qu’elle est imperceptible. Dans l’exemple le plus rapide précédemment mesuré à partir d’étoiles à neutrons en orbite appelées pulsars binaires, il a fallu plus de 75 ans pour que l’orbite précède. Le binaire du trou noir dans cette étude, familièrement connu sous le nom de GW200129 (du nom de la date à laquelle il a été observé, le 29 janvier 2020), précède plusieurs fois par seconde – un effet 10 milliards de fois plus fort que celui mesuré précédemment.

    Le Dr Jonathan Thompson, également de l’Université de Cardiff, a expliqué : « C’est un effet très délicat à identifier. Les ondes gravitationnelles sont extrêmement faibles et leur détection nécessite l’appareil de mesure le plus sensible de l’histoire. La précession est un effet encore plus faible enfoui dans le déjà faible signal, nous avons donc dû faire une analyse minutieuse pour le découvrir. »

    Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Einstein en 1916. Elles ont été détectées pour la première fois directement à partir de la fusion de deux trous noirs par les instruments Advanced LIGO en 2015, une découverte révolutionnaire qui a conduit au prix Nobel 2017. L’astronomie des ondes gravitationnelles est désormais l’un des domaines scientifiques les plus dynamiques, avec un réseau de détecteurs avancés LIGO, Virgo et KAGRA opérant aux États-Unis, en Europe et au Japon. À ce jour, il y a eu plus de 80 détections, toutes de fusion de trous noirs ou d’étoiles à neutrons.

    « Jusqu’à présent, la plupart des trous noirs que nous avons trouvés avec des ondes gravitationnelles tournaient assez lentement », a déclaré le Dr Charlie Hoy, chercheur à l’Université de Cardiff au cours de cette étude, et maintenant à l’Université de Portsmouth. « Le plus grand trou noir de ce binaire, qui était environ 40 fois plus massif que le Soleil, tournait presque aussi vite que physiquement possible. Nos modèles actuels de la façon dont les binaires se forment suggèrent que celui-ci était extrêmement rare, peut-être un événement sur mille. . Ou cela pourrait être un signe que nos modèles doivent changer. »

    Le réseau international de détecteurs d’ondes gravitationnelles est actuellement en cours de mise à niveau et commencera sa prochaine recherche dans l’univers en 2023. Ils trouveront probablement des centaines d’autres trous noirs en collision et diront aux scientifiques si GW200129 était une exception rare ou un signe que notre univers est encore plus étrange qu’ils ne le pensaient.

    Les auteurs ont été soutenus en partie par un financement du Conseil des installations scientifiques et technologiques (STFC) et du Conseil européen de la recherche (ERC).

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Cardiff. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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