Principal AstronomieLes ondes gravitationnelles altèrent-elles de façon permanente la nature de l'espace-temps?

Les ondes gravitationnelles altèrent-elles de façon permanente la nature de l'espace-temps?

Astronomie : Les ondes gravitationnelles altèrent-elles de façon permanente la nature de l'espace-temps?

Le 11 février 2016, les scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO), interféromètre laser, ont annoncé la première détection d'ondes gravitationnelles. Ce développement, qui confirme une prédiction faite il y a un siècle par la théorie de la relativité générale d'Einstein, a ouvert de nouvelles voies de recherche pour les cosmologues et les astrophysiciens. Ce fut également un tournant pour les chercheurs de l'Université Monash, qui ont joué un rôle important dans la découverte.

Et maintenant, un peu plus d'un an plus tard, une équipe de chercheurs du Centre Monash d'astrophysique a annoncé une autre révélation potentielle. Sur la base de leurs études en cours sur les ondes gravitationnelles, l’équipe a récemment proposé un concept théorique appelé «mémoire orpheline». Si cela est vrai, ce concept pourrait révolutionner la façon dont nous pensons aux ondes gravitationnelles et à l’espace-temps.

Les chercheurs du centre Monash pour l'astrophysique font partie de ce que l'on appelle le LIGO Scientific Collaboration (LSC), un groupe de scientifiques voué au développement du matériel et des logiciels nécessaires à l'étude des ondes gravitationnelles. Outre la création d'un système de vérification des détections, l'équipe a joué un rôle clé dans l'analyse des données - observant et interprétant les données collectées - et a également joué un rôle déterminant dans la conception des miroirs LIGO.

Au-delà de ce que LIGO et d’autres expériences (comme l’interféromètre de Virgo) ont observé, l’équipe de recherche a cherché à déterminer comment les capacités de ces détecteurs pourraient être étendues davantage en recherchant la «mémoire» des ondes gravitationnelles. L'étude qui décrit cette théorie a récemment été publiée dans Physical Review Letters sous le titre «Détection de la mémoire d'ondes gravitationnelles sans signaux parents».

Selon leur nouvelle théorie, l'espace-temps ne revient pas à son état normal après qu'un événement cataclysmique génère des ondes gravitationnelles qui l'étirent. Au lieu de cela, il reste étiré, ce qu’ils appellent «mémoire phanéenne» - le mot «porphan» faisant allusion au fait que la «vague parentale» n’est pas directement détectable. Bien que cet effet n'ait pas encore été observé, il pourrait ouvrir des perspectives très intéressantes pour la recherche sur les ondes gravitationnelles.

À l’heure actuelle, des détecteurs tels que LIGO et Virgo ne peuvent détecter la présence d’ondes gravitationnelles qu’à certaines fréquences. En tant que tels, les chercheurs ne peuvent qu'étudier les ondes générées par des types d'événements spécifiques et les retracer jusqu'à leur source. Comme Lucy McNeill, une chercheuse du Centre Monash pour l'astrophysique et l'auteur principal de l'article, a déclaré dans un communiqué de presse récent de l'Université:

«S'il existe des sources exotiques d'ondes gravitationnelles, par exemple à partir de micro-trous noirs, LIGO ne les entendra pas car elles sont trop haute fréquence. Mais cette étude montre que LIGO peut être utilisé pour sonder l’univers à la recherche d’ondes gravitationnelles que l’on pensait jadis être invisibles pour lui. »

Les deux installations de LIGO, situées à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, dans l’État de Washington. Crédit: ligo.caltech.edu

Comme ils l'indiquent dans leur étude, des sursauts d'ondes gravitationnelles à haute fréquence (c'est-à-dire situés dans ou en dessous de la plage du kilohertz ) produiraient une mémoire orpheline que les détecteurs LIGO et Virgo pourraient capter. Cela augmenterait non seulement la bande passante de ces détecteurs de façon exponentielle, mais ouvrirait la possibilité de trouver des preuves d'éclatement des ondes de gravité lors de recherches précédentes qui seraient passées inaperçues.

Le Dr Eric Thrane, chargé de cours à la Monash School of Physics and Astronomy et membre de l'équipe LSC, était également l'un des co-auteurs de la nouvelle étude. Comme il l'a déclaré, «ces ondes pourraient ouvrir la voie à l'étude de la physique actuellement inaccessible à notre technologie».

Mais comme ils l'admettent dans leur étude, de telles sources pourraient même ne pas exister et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer que la «mémoire phanéenne» est bien réelle. Néanmoins, ils maintiennent que la recherche de sources haute fréquence est un moyen utile de rechercher de nouvelles données physiques et qu'elle pourrait révéler des choses que nous ne nous attendions pas à trouver.

SearchUne recherche dédiée à la mémoire d'ondes gravitationnelles est souhaitable. Il aura une sensibilité accrue par rapport aux recherches en rafale actuelles, affirment-ils. De plus, une recherche dédiée peut être utilisée pour déterminer si un candidat à la détection est compatible avec une rafale de mémoire en vérifiant si les résidus (soustraction de signal suivante) sont cohérents avec le bruit gaussien.

Hélas, de telles recherches devront peut-être attendre les successeurs proposés de l'expérience Advanced LIGO. Ceux-ci incluent le télescope Einstein et Cosmic Explorer, deux détecteurs d’ondes gravitationnels de troisième génération proposés. En fonction des recherches futures, nous pouvons découvrir que l’espace-temps s’étend non seulement de la création d’ondes gravitationnelles, mais qu’il porte également les «vergetures» pour le prouver!

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