Qu'est-ce qui crée les ondes gravitationnelles?

Tout comme un bateau crée des vagues sur un lac en se glissant dans l’eau, les étoiles et autres corps de l’univers créent des ondulations dans la structure de l’espace-temps.

Par David J. Eicher  | Publié: Lundi 1 juillet 2019

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BANG WAVY. Les explosions de supernova, comme celle qui a produit la nébuleuse du crabe (M1) dans la constellation du Taureau en 1054, sont d'importants producteurs d'ondes gravitationnelles.

NASA / The Hubble Heritage Team

En 1916, Albert Einstein a révolutionné notre compréhension de l'univers en publiant sa théorie générale de la relativité. Le physicien d'origine allemande y décrit la relation complexe entre le tissu de l'espace-temps et la masse des corps célestes. L'espace-temps est la combinaison de trois directions spatiales (hauteur, largeur et profondeur) avec la dimension temporelle.

La manière la plus simple d'interpréter les interactions gravitationnelles, a déclaré Einstein, consiste à considérer le continuum espace-temps comme un matériau étirable qui se plie sous la forme d'objets massifs «assis» à l'intérieur. Bien que cette analogie en deux dimensions ne représente pas ce qui se passe dans un espace-temps en quatre dimensions, elle sert de modèle capable.


 

MOTEUR CENTRAL. Les trous noirs sont d'importants créateurs d'ondes gravitationnelles. Cette illustration montre le supermassif central qui alimente la galaxie active PKS 0521–36.

Dana Berry / STScI

Lorsque vous tendez une feuille de plastique souple et que vous placez une balle de softball dessus, la gravité autour de la balle pousse la feuille vers le bas et courbe le tissu. La même chose se produit dans l'univers à quatre dimensions. Des objets presque massifs, dotés de grandes forces de gravitation, constituent le «tissu» de courbes et d'étirements spatio-temporels.

Les objets massifs provoquent également un autre effet dans la structure de l'espace-temps. Tout comme un bateau crée des vagues sur un lac en se glissant dans l’eau, les étoiles et autres corps de l’univers créent des ondulations dans la structure de l’espace-temps. Les astronomes appellent ces ondes ondulées gravitationnelles.

Les objets immenses comme les trous noirs créent des ondes gravitationnelles plus grandes que les objets moins massifs. De même, les objets se déplaçant rapidement dans l'espace créent des ondes gravitationnelles plus soutenues que celles se déplaçant plus lentement. Lorsque ces signaux d'ondes gravitationnelles atteignent finalement la Terre, ils sont extrêmement faibles. Comme les vagues dans l'eau, les ondes gravitationnelles diminuent à mesure qu'elles se déplacent de leur origine. Il est donc difficile de détecter et d’interpréter les ondes gravitationnelles une fois qu’elles nous arrivent de divers endroits éloignés.

Mais après des années de recherche, fin 2015, les chercheurs ont finalement détecté le premier signal clair d'une onde gravitationnelle traversant la Terre. Ce signal, appelé GW150914, provient de la fusion de deux trous noirs d'une masse combinée d'environ 60 soleils. Depuis lors, les scientifiques ont confirmé les signaux des ondes gravitationnelles provenant de quatre autres paires de trous noirs confondus, ainsi que d’une paire d’étoiles à neutrons fusionnantes.

Grâce à ces détections, les astronomes savent maintenant que l’interaction de deux corps compacts et massifs produit habituellement des ondes gravitationnelles. Les interactions peuvent se situer entre des trous noirs binaires ou des étoiles à neutrons, mais aussi entre des galaxies fusionnantes ou des étoiles normales se rencontrant simplement.

STAR SPINNING. Les ondes gravitationnelles proviennent d'une variété d'objets, notamment des pulsars, des étoiles à neutrons en rotation rapide. À l'aide de l'explorateur de chronométrage par rayons X Rossi de la NASA, des astronomes ont découvert en 2003 la limite supérieure du spin d'un pulsar, basée sur un éclatement sur un pulsar, illustrée dans cette série d'illustrations.

Dana Berry / STScI

Les astronomes utilisent une technique appelée interférométrie pour aider à détecter ces faibles signaux d’ondes gravitationnelles. Deux grandes masses de test très éloignées servent de détecteurs. Les masses sont libres de se déplacer dans toutes les directions et les lasers mesurent en permanence la distance exacte qui les sépare. Lorsqu'une onde gravitationnelle les traverse, l'ondulation cosmique provoque une légère fluctuation de leur distance. C'est une technique ingénieuse, et les scientifiques ont utilisé de tels dispositifs dans plusieurs endroits du monde pour chasser les ondes gravitationnelles.

L'observatoire d'ondes gravitationnelles à interféromètre laser avancé (LIGO), un projet conjoint du MIT et de Caltech, est implanté sur deux sites: l'un à Hanford (Washington) et l'autre à Livingston (Louisiane). En collaboration avec LIGO, la collaboration entre Virgo, dirigée par les Français et les Italiens, exploite l’interféromètre Advanced Virgo, un troisième détecteur d’ondes gravitationnelles qui permet aux chercheurs de mieux cerner les sources des événements d’ondes gravitationnelles similaires à ceux de ces dernières années. 

Avant tout sur ces projets terrestres, l’Agence spatiale européenne (ESA) envisage de lancer l’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) en 2034. Pour tester les technologies spatiales nécessaires à une mission aussi gigantesque, l’ESA, avec l’aide de la NASA , a lancé le satellite LISA Pathfinder en 2016. Puisque Pathfinder a largement dépassé les attentes, le projet LISA constituera probablement le meilleur observatoire pour la détection des ondes gravitationnelles et fournira aux astronomes des indices significatifs sur l'interaction de la matière et de l'espace-temps, ainsi que sur la manière dont l'univers être.

Source: http://www.astronomy.com/
Lien: http://astronomy.com/magazine/greatest-mysteries/2019/07/26-what-creates-gravitational-waves?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1FipTaZHaBU7YwE-s5XPJm_jBjJceAu7fMpE86CFJieSC5UKUU6X8rnSg