LIGO a-t-il vu des ondes gravitationnelles amplifiées ?

, , , Astronomie https://farm5.staticflickr.com/4854/32915176778_514c36222a_b.jpg https://farm5.staticflickr.com/4854/32915176778_514c36222a_b.jpg Technologie Média 0 https://technologiemedia.net/2019/01/18/ligo-a-t-il-vu-des-ondes-gravitationnelles-amplifiees/#respond
1273

ondes-gravitationnelles-LIGO-détection

Annoncée en collaboration avec LIGO en février 2016, la découverte d’ondulations dans l’espace-temps, appelées ondes gravitationnelles, était suffisamment importante pour mériter le prix Nobel de physique 2017.

LIGO aurait découvert des ondes gravitationnelles amplifiées 

Maintenant, un autre lauréat du prix Nobel dit que LIGO a inconsciemment fait une autre découverte spectaculaire: des ondes gravitationnelles, provenant de la fusion de trous noirs, amplifiées par la gravité des galaxies avoisinantes.

Appelé lentille gravitationnelle, ce phénomène est couramment utilisé pour étudier la lumière provenant d’objets situés dans l’espace lointain. Mais cette nouvelle affirmation, si elle s’avère correcte, en ferait la première observation de ce type pour les ondes gravitationnelles. La découverte controversée, qui a été rejetée par des membres de l’équipe de LIGO, provient du prix Nobel de la physique George Smoot de l’Université de Californie, Berkeley, et de ses collègues. « Nous parions notre réputation à ce sujet », dit-il.

LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), est fait de deux détecteurs situés aux États-Unis, et Virgo, un détecteur situé à l’extérieur de Pise, en Italie, ont annoncé des observations d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de 10 paires de trous noirs ainsi qu’une paire d’étoiles à neutrons.

Selon une analyse de LIGO-Virgo, les fusions de trous noirs se sont produites dans l’espace relativement proche, généralement à quelques milliards d’années-lumière de la Terre. Beaucoup des trous noirs qui ont fusionné avaient une masse d’environ 30 soleils et l’un d’eux avait environ 50 masses solaires.

Ces trous noirs sont formés par l’effondrement gravitationnel d’étoiles géantes. Selon Smoot, notre galaxie et, par extension, l’univers voisin étudié par LIGO n’ont pas ce genre d’étoiles, appelées étoiles à faible métallicité, nécessaires pour former de si grands trous noirs. Si tel est le cas, cela devrait conduire à un manque local de trous noirs avec la gamme de masses vue par LIGO. «Le maximum que vous pouvez faire est d’environ 20 masses solaires», explique Smoot. « Sauf dans des situations très inhabituelles. »

À l’appui de leur argument, Smoot et l’astrophysicien Tom Broadhurst de l’Université du Pays basque de Bilbao (Espagne) et José María Diego de l’Université de Cantabrie de Santander (Espagne) indiquent des relevés par rayons X des paires de trous noirs dans la Voie Lactée, suggèrent que la distribution de tels trous noirs culmine autour de 10 masses solaires.

Des circonstances qui appuient les revendications de Smoot

En présumant que cette même répartition est valable pour les trous noirs dans le plus grand volume d’espace étudié par LIGO, Smoot et ses collègues soutiennent que les estimations de masse plus élevées des trous noirs de l’équipe de LIGO–Virgo doivent constituer une erreur de calcul.

Au lieu de voir des ondes gravitationnelles provenant de trous noirs fusionnant anormalement dans l’univers proche, Smoot et ses collègues affirment que LIGO et Virgo assistent à des fusions moins importantes, beaucoup plus éloignées, de l’ordre de 10 milliards d’années-lumière, magnifiées et rendu visible par le biais de lentilles gravitationnelles.

Selon la relativité générale d’Einstein, les lentilles gravitationnelles se forment parce que les galaxies et les amas de galaxies déforment sensiblement l’espace-temps. Si une galaxie se trouve entre la Terre et un objet distant, elle se comporte alors comme une lentille, un espace-temps incurvé pour amplifier la lumière de cet objet vue de la Terre.

Les ondes gravitationnelles doivent également suivre l’espace-temps incurvé afin qu’elles puissent également être magnifiées par des lentilles gravitationnelles. En outre, plus la distance entre un objet et la Terre est grande, plus il y a de chances que sa lumière – ou les ondes gravitationnelles – soit focalisée de manière gravitationnelle par une galaxie avoisinante.

Dans l’ensemble, ces circonstances donnent une recette pour la revendication de Smoot et de ses collègues. LIGO-Virgo doit assister à des fusions de trous noirs amplifiés par une lentille gravitationnelle. «Nous disons que les deux tiers de leurs événements sont focalisés», dit Smoot.

Daniel Holz n’est absolument pas convaincu

Daniel Holz, membre et collaborateur de LIGO à l’Université de Chicago, n’est absolument pas convaincu. Ses collègues et lui avaient prédit bien avant que LIGO et Virgo fassent leur détection, que les observatoires verraient des fusions de trous noirs d’environ 30 masses solaires chacune. Davantage d’étoiles de faible métallicité se seraient formées dans l’univers primitif par rapport à l’univers d’aujourd’hui – et il en aurait résulté plus de trous noirs de 30 masses solaires qui se seraient formés par rapport.

Mais malgré que la plupart de ces trous noirs formés au cours des époques cosmiques antérieures, il reste confiant que LIGO et Virgo détectent actuellement leur fusion dans l’univers relativement local, car la danse gravitationnelle qui conduit finalement à la coalescence de deux trous noirs en orbite se déroule sur des milliards d’années.

Holz ajoute que des études au sol ont montré que certaines régions à faible métallicité existaient bel et bien dans l’univers local et qu’elles pouvaient toutes abriter de tels binaires à trous noirs de 30 masses solaires chacune. «Vous mettez tout cela ensemble et vous faites une prédiction de ce que vous devriez voir avec LIGO», dit-il.

De plus les détections concordent avec les prédictions, ajoute-t-il, rendant très improbable qu’aucun des événements de LIGO–Virgo ne soit un événement à objectif. «Les fondements théoriques actuels de la formation et de l’évolution des étoiles, ainsi que de la formation et l’évolution binaires des trous noirs, semblent rendre compte de toutes les observations de LIGO réalisées jusqu’à présent avec une assez bonne précision. Il n’est pas nécessaire de recourir à des modèles extrêmement spéculatifs. », explique Holz.

Une nouvelle découverte ou un mirage?

Smoot et ses collègues, cependant, ne reculent pas. Ils pensent avoir identifié au moins un événement de cristallisation définitif dans les données de LIGO-Virgo. Lorsqu’une source distante est lentifiée, la lumière ou les ondes gravitationnelles de la source peuvent emprunter plusieurs chemins autour de la galaxie lentille, et ces chemins peuvent atteindre la Terre à différents moments, créant ainsi plusieurs images.

Selon leur analyse, deux événements – une détection le 9 août 2017 (GW170809) et cinq jours plus tard (GW170814) – sont en réalité des images différentes de la même fusion. L’équipe soutient que ces signaux partagent de nombreuses caractéristiques qui, dans les deux cas, conduisent à des estimations presque identiques pour les masses des trous noirs en fusion. Il existe également un petit chevauchement dans leurs emplacements approximatifs dans le ciel.

L’équipe de LIGO n’est pas d’accord. Le membre du Centre international des sciences théoriques de Bengaluru, en Inde, et ses collègues ont analysé les 10 événements de fusion de trous noirs observés par LIGO–Virgo. Ils ont recherché une cohérence entre les paires d’événements, ce qui pourrait suggérer une lentille.

Ils ont pris en compte sept caractéristiques différentes de chaque paire, y compris quelques caractéristiques non prises en compte par l’équipe de Smoot, telles que le moment angulaire de rotation des trous noirs et l’orientation du binaire. Deux paires d’événements, l’une étant la paire GW170809-GW170814, ont montré plus de corrélations que les autres.

Source ; Scientific American
Crédit photo sur Unsplash : Brett Ritchie

https://farm5.staticflickr.com/4854/32915176778_514c36222a_b.jpg