La chasse aux ondes gravitationnelles des trous noirs géants

La chasse aux ondes gravitationnelles des trous noirs géants

Notre univers est une mer chaotique de rides dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Les astronomes pensent que les ondes provenant de paires de trous noirs supermassifs en orbite dans des galaxies lointaines atteignent des années-lumière et tentent de les observer depuis des décennies. Ils s’en rapprochent aujourd’hui grâce au télescope spatial Fermi à rayons gamma de la NASA.

Fermi détecte les rayons gamma, la forme la plus énergétique de la lumière. Une équipe internationale de scientifiques a examiné plus de dix ans de données recueillies par Fermi sur des 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 provenant de ces pulsars, variations qui auraient pu être causées par le passage de la lumière à travers des ondes gravitationnelles sur le chemin de la Terre. Mais ils n’en ont trouvé aucune.

Si aucune onde n’a été détectée, l’analyse montre qu’avec davantage d’observations, ces ondes pourraient être à la portée de Fermi.

« Nous nous sommes en quelque sorte surpris nous-mêmes lorsque nous avons découvert que Fermi pouvait nous aider à chasser les ondes gravitationnelles longues », a déclaré Matthew Kerr, physicien chercheur au Laboratoire de recherche navale des États-Unis à Washington. « Il s’agit d’une nouveauté : les études radio effectuent des recherches similaires depuis des années. Mais Fermi et les rayons 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 de Bonn, en Allemagne, ont été publiés en ligne par la revue Science le 7 avril.

Lorsque des objets massifs accélèrent, ils produisent des ondes gravitationnelles qui se déplacent à la vitesse de la lumière. L’observatoire terrestre Laser Interféromètre d’ondes gravitationnelles – qui a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles en 2015 – peut détecter des ondulations de plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres de long d’une crête à l’autre, qui passent devant la Terre en quelques fractions de seconde. La future antenne spatiale à interféromètre laser captera des ondes de millions à milliards de kilomètres de long.

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

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

cosmologie -astéroïdes

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 quelques milliardièmes de seconde. En recherchant un modèle spécifique de variations des impulsions parmi les pulsars d’un réseau, les scientifiques espèrent pouvoir révéler les ondes gravitationnelles qui passent devant eux.

Les radioastronomes utilisent des réseaux 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 moucheté d’électrons parasites. À travers les années-lumière, leurs effets se combinent pour déformer 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 ceux des réseaux de synchronisation des pulsars radio en ce qui concerne la détection potentielle du fond d’ondes gravitationnelles », a déclaré M. Parthasarathy. « Avec cinq années supplémentaires de collecte et d’analyse de données sur les pulsars, il sera tout aussi performant, avec en prime l’avantage de ne pas avoir à se soucier de tous ces électrons parasites. »

Au cours de la prochaine décennie, les astronomes radio et gamma espèrent atteindre des sensibilités qui leur permettront de capter les ondes gravitationnelles des paires de trous noirs monstrueux 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, dans le Maryland. « Depuis son lancement, la mission n’a cessé de nous surprendre avec de nouvelles informations sur le ciel des rayons gamma. Nous attendons tous avec impatience la prochaine découverte étonnante. »

Lea LAMBERT

Lea LAMBERT

Elle est photographe professionnelle. Elle souhaite partager son amour de la photo à travers différentes illustrations de nos articles. Léa adore la région nantaise et ses paysages. Son expertise est un atout pour notre équipe.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.

%d blogueurs aiment cette page :