De nouvelles ondes gravitationnelles détectées par le LIGO

Le LIGO annonce la troisième découverte des ondes gravitationnelles qui s’est produite le 4 janvier 2017. Cela provient de la fusion de 2 trous noirs situés à 3 milliards d’années-lumières.


Le LIGO annonce la troisième découverte des ondes gravitationnelles qui s'est produite le 4 janvier 2017. Cela provient de la fusion de 2 trous noirs situés à 3 milliards d'années-lumières.

Le () a effectué une troisième détection des ondes gravitationnelles. Comme ce fut le cas avec les deux premières détections, les ondes ont été générées lorsque 2 trous noirs sont entrés en collision pour former un plus grand .

Le nouveau trou noir, formé par la fusion, possède une masse d’environ 49 fois à celle de notre soleil. Cette découverte remplit le manque concernant les masses des trous noirs fusionnés qui ont été détectés dans le passé. La première détection des ondes gravitationnelles avait donné un trou noir de 62 masses solaires et la seconde avait 21 masses solaires.

Le nouveau trou noir est situé à 3 milliards d’années-lumières

Nous avons une confirmation supplémentaire de l’existence de trous noirs de masse stellaire qui sont plus grands que 20 masses solaires. Et on ignorait qu’ils existaient avant la détection par le LIGO selon David Shoemaker du LIGO. Il est remarquable que les humains puissent comprendre et tester des événements aussi étranges et extrêmes qui se sont produits il y a des milliards d’années et qui sont situé à des milliards d’années-lumières.

La nouvelle détection s’est produite pendant les observations actuelles de LIGO qui a débuté le 30 novembre 2016 et se poursuivra pendant l’été. Le LIGO a fait la première observation directe des ondes gravitationnelles en septembre 2015 lors de sa première observation. La deuxième détection a été effectuée en décembre 2015. La troisième détection, appelée et réalisée le 4 janvier 2017, est publiée dans la revue Physical Review Letters.

Dans les 3 cas, chacun des détecteurs du LIGO a détecté des ondes gravitationnelles à partir des fusions d’une paire de trous noirs. Ce sont des collisions gigantesques qui produisent une énergie plus grande que celle des étoiles et des galaxies à n’importe quel moment. La détection récente semble être la plus distante avec des trous noirs situés à environ 3 milliards d’années-lumière. (Les trous noirs dans la première et la deuxième détection sont situés à 1,3 et à 1,4 milliard d’années-lumière respectivement.)

Une chronologie de la détection des ondes gravitationnelles détectées par le LIGO - Crédit : LSC/OzGrav

Une chronologie de la détection des ondes gravitationnelles détectées par le LIGO – Crédit : LSC/OzGrav

L’observation la plus récente fournit également des indices sur les directions de rotation des trous noirs. Au fur et à mesure que les trous noirs se rapprochent l’un de l’autre, ils tournent également sur leurs propres axes comme une paire de patineurs sur glace qui tournent individuellement tout en se déplaçant l’un autour de l’autre. Parfois, les trous noirs tournent individuellement dans la même direction orbitale que l’ensemble du système et les astronomes désignent ces mouvements comme des spins alignés. Mais il arrive qu’ils tournent dans la direction opposée du mouvement orbital. De plus, les trous noirs peuvent également être distants du plan orbital. En fait, les trous noirs peuvent tourner dans n’importe quelle direction.

De nouvelles informations sur la rotation et l’alignement des trous noirs

Les nouvelles données du LIGO ne peuvent pas déterminer si les trous noirs récemment observés sont inclinés, mais elles impliquent qu’au moins un des trous noirs pourrait être non aligné par rapport au mouvement global orbital.

C’est la première fois que nous avons la preuve que les trous noirs peuvent être non aligné ce qui nous donne un petit indice que les trous noirs binaires peuvent se former dans des amas stellaires assez  denses selon Bangalore Sathyaprakash de Penn State et de la Cardiff University, l’un des auteurs du nouveau papier.

Il existe 2 principaux modèles pour expliquer comment des paires de trous noirs peuvent se former. Le premier modèle propose que les trous noirs naissent ensemble. Ainsi, ils se forment lorsque chaque étoile d’une paire d’étoiles explose et comme les étoiles d’origine étaient alignées, alors les trous noirs garderaient cet alignement.

Dans le second modèle, les trous noirs se rejoignent plus tard en évoluant dans des amas stellaires denses. Les trous noirs se réunissent après qu’ils se retrouvent au centre d’un amas stellaire. Dans ce scénario, les trous noirs peuvent tourner dans n’importe quelle direction par rapport à leur mouvement orbital. Étant donné que le LIGO observe des preuves que les trous noirs GW170104 ne sont pas alignés, alors les données favorisent légèrement cette hypothèse de l’amas stellaire dense.

Une énergie colossale de 1034 mégatonnes !

Une onde gravitationnelle se produit par l’énergie qui est dégagé par la fusion des 2 trous. Dans cette troisième détection, le premier trou noir avait une masse de 19,4 fois à celle du soleil et le second trou noir avait une masse de 31,2 fois à celle du soleil. Mais le nouveau trou noir pèse « seulement » une masse de 49,8 fois à celle du soleil. Cela signifie qu’une énergie équivalente à 1,9 fois à celle du soleil a été transformé en .

Cela donne une énergie approximative de 1050 joules (soit 1035 mégatonnes). Le plus hallucinant est qu’il fallu cette énergie pour détecter ces ondes gravitationnelles à une distance de 3 milliards d’années-lumières. C’est également l’événement le plus énergétique après le Big Bang. Pour vous donner une comparaison, l’énergie dégagée par tous les essais nucléaires dans le monde (de 1945 à 1962) est de 510 mégatonnes. 1 On pourrait même dire que c’est un pétard mouillé à coté des ondes gravitationnelles.

Ces ondes gravitationnelles prouvent une nouvelle prédiction de la relativité générale

Nous commençons à collecter des statistiques réelles sur les systèmes de trous noirs binaires selon Keita Kawabe de Caltech. C’est intéressant parce que certains modèles de formation binaire au trou noir sont plus favorisés par rapport à d’autres modèles et à l’avenir, nous pourrons encore préciser ces modèles.

Cette étude teste également les théories d’Albert Einstein. Par exemple, les scientifiques ont cherché un effet appelé dispersion qui se produit lorsque les ondes lumineuses dans un milieu physique tel que le verre se déplacent à différentes vitesses en fonction de leur longueur d’onde et c’est de cette manière qu’un prisme crée un arc-en-ciel. La théorie de la relativité générale d’Einstein interdit que la dispersion se produise dans les ondes gravitationnelles et le LIGO n’a pas trouvé de preuves sur cet effet. Il semble que Einstein avait encore raison pour ce nouvel événement selon Laura Cadonati de Georgia Tech. Nous ne voyons aucune erreur dans nos observations par rapport aux prédictions de la relativité générale.

Le régime minceur du graviton

En plus de confirmer cette prédiction de la relativité générale, cette détection des ondes gravitationnelles donne un régime minceur au graviton. Le graviton qui est une particule hypothétique qui transporte la gravité et elle est prédire par la plupart des nouveaux modèles de la gravitation quantique. Si on avait détecté cette dispersion dans les ondes gravitationnelles, alors cela impliquerait que le graviton possède une masse. On pourrait croire que si les ondes gravitationnelles voyagent à la même vitesse, alors il n’y a aucune interférence par le graviton et donc, que le graviton n’existe pas. Cependant, cela peut aussi suggérer que la masse du graviton est beaucoup plus faible qu’on le pensait à une valeur d’environ 7,7 x 10-23 électronvolts. Mais les physiciens sont un peu déçus, enfin façon de parler. Car David Shoemaker a déclaré que son rêve est que les détecteurs du LIGO et du VIRGO (l’équivalent européen) fonctionne à pleine puissance dans l’avenir et qu’ils puissent détecter des signaux provenant d’une même source. On a donc près de 3 signaux, mais le chercheur veut que ce soit un signal qui n’a pas été prévu par la relativité générale. C’est tout le mal qu’on lui souhaite !

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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