Un « chœur » d’ondes gravitationnelles se trouve

ondes gravitationnellesSelon un projet pluriannuel de la National Science Foundation dirigé par des scientifiques de l’Oregon State University, les ondulations dans le tissu de l’espace-temps prédites par Albert Einstein il y a plus d’un siècle imprègnent l’univers à basse fréquence.

Les résultats apparaissent dans une série de quatre articles rédigés par des chercheurs du NANOGrav Physics Frontier Center conjointement avec Xavier Siemens, professeur de physique à l’Ohio State University College of Science.

La preuve des ondes gravitationnelles, dont les vibrations sont mesurées en années et en décennies, a été publiée cette semaine dans The Astrophysical Journal Letters.

« Dans la quête continue pour faire progresser les connaissances et la compréhension humaines, il s’agit d’une étape vraiment importante tout au long du voyage », a déclaré Siemens.

NANOGrav, ce qui signifie Observatoire nord-américain des ondes gravitationnelles nanohertzest une collaboration internationale de près de 200 chercheurs astrophysiciens dont la mission est d’utiliser la synchronisation des pulsars radio pour rechercher des ondes gravitationnelles à basse fréquence.

Xavier Siemens, à gauche, et Jeffrey Hazboun de l’Ohio University College of Science.

Détecter un « chœur » d’ondes gravitationnelles à basse fréquence, comme l’a fait NANOGrav, est essentiel pour percer les mystères de la formation des structures dans l’univers, a déclaré Jeff Hazboun, astrophysicien de l’État de l’Ohio.

« Nous avons ouvert cette nouvelle région du spectre aux ondes gravitationnelles », a déclaré Hazboun. Nous avons vu des ondes à basse fréquence, provenant d’une partie complètement différente du spectre, ce qui nous indique qu’il s’agit d’un phénomène physique omniprésent et que nous pouvons les rechercher n’importe où. »

Les ondes gravitationnelles ont été observées pour la première fois en 2015 par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou LIGO.

La découverte de ces ondes, avec des fréquences d’environ 100 cycles par seconde, a été un événement marquant en physique et en astronomie. Il a confirmé l’une des principales prédictions de la théorie de la relativité d’Einstein et a valu aux fondateurs de LIGO le prix Nobel de physique.

Les pulsars sont les restes en rotation rapide d’étoiles massives qui ont explosé en supernovae. Ils envoient des impulsions d’ondes radio de manière très régulière, dont un groupe est connu sous le nom de réseau de synchronisation des pulsars, ou PTA.

Siemens a déclaré que soixante-huit pulsars ont été utilisés pour recueillir des preuves que la Voie lactée est engloutie dans une mer d’ondes gravitationnelles à basse fréquence.

La théorie de la relativité générale d’Einstein de 1915 a prédit comment les ondes gravitationnelles devraient affecter les signaux des pulsars : en étirant et en comprimant le tissu de l’espace-temps, les ondes gravitationnelles devraient modifier la synchronisation de chaque impulsion de manière prévisible, retardant certaines impulsions tout en accélérant d’autres.

« Le grand nombre de pulsars utilisés dans l’analyse NANOGrav nous a permis de voir ce que nous pensons être les premiers signes du modèle de corrélation prédit par la relativité générale », a déclaré Siemens. Nous pouvons utiliser ces pulsars pendant que les horloges parsèment le ciel, et nous pouvons voir comment le tic-tac des horloges change à partir des ondes gravitationnelles qui traversent notre galaxie. »

NANOGrav a débuté en 2007 et huit ans plus tard, il a été lancé sous le nom de Frontiers of Physics Center avec une subvention de 14,5 millions de dollars de la National Science Foundation lorsque Siemens était à l’Université du Wisconsin-Milwaukee.

Siemens a rejoint l’OSU en 2019, et deux ans plus tard, la NSF a accordé à NANOGrav 17 millions de dollars supplémentaires sur cinq ans pour rechercher des signaux d’ondes gravitationnelles à l’aide du télescope Green Bank en Virginie-Occidentale, du Very Large Array au Nouveau-Mexique et de l’observatoire d’Arecibo à Puerto. Rico.

L’OSU reçoit environ 600 000 $ par an en financement pour NANOGrav, a déclaré Siemens, l’analyse des données étant le rôle principal de l’État de l’Oregon ainsi que la direction et la gestion du projet.

Co-dirigé par Maura McLaughlin, astronome de l’Université de Virginie-Occidentale, NANOGrav rassemble les efforts de chercheurs de 18 universités, dont près de 20 étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs de l’État de l’Oregon.

« La recherche d’ondes gravitationnelles, c’est comme assembler un puzzle : chacun a sa propre pièce, mais elles s’emboîtent toutes », a déclaré Phia Morton de Bend, une étudiante senior en physique appliquée et en génie nucléaire. C’est une idée fausse commune que les percées scientifiques viennent d’un seul génie. Au contraire, les projets scientifiques à grande échelle nécessitent une énorme collaboration et toutes les personnes impliquées croient aux objectifs du groupe.

Morton et d’autres étudiants de premier cycle de l’OSU contribuent en recherchant de nouveaux pulsars à ajouter au réseau NANOGrav ; Elle explique que plus elle aura de pulsars à sa disposition, plus la détection des ondes gravitationnelles sera sensible.

« Les pulsars sont en fait des sources radio très faibles, nous avons donc besoin de milliers d’heures par an sur les plus grands télescopes du monde pour faire cette expérience », a déclaré McLaughlin. Ces résultats sont rendus possibles par l’engagement continu de la National Science Foundation envers ces observatoires radio très sensibles. »

Des chercheurs de LIGO, également une collaboration internationale financée par la NSF, ont détecté des ondes gravitationnelles provenant de la collision de deux trous noirs en 2015 à l’aide des interféromètres jumeaux de LIGO à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, dans l’État de Washington.

Hazboun a déclaré que les ondes gravitationnelles observables par LIGO, créées par ces types de « binaires de trous noirs », ont des fréquences d’environ 100 Hz.

« NANOgrav recherche des ondes gravitationnelles à des fréquences inférieures de 11 ordres de grandeur à celles détectées par LIGO », a-t-il déclaré.

Siemens explique que l’utilisation de PTA pour détecter un chœur de signaux d’ondes gravitationnelles provenant de plusieurs fusions de trous noirs supermassifs – décrites comme un fond aléatoire d’ondes gravitationnelles – est plus prometteuse pour comprendre l’univers que la détection d’une seule onde à partir d’un seul trou noir binaire. collision.

« Chaque signal est comme une note », a-t-il déclaré, « et nous ne recherchons pas qu’une seule de ces notes – nous voulons entendre tout le refrain. » Nous voulons entendre le chœur collectif de tous les binaires de trous noirs supermassifs fusionnant dans l’univers. »

Les trous noirs supermassifs sont le plus grand type de trou noir, des millions à des milliards de fois la masse du Soleil, et se trouvent au centre des galaxies.

Les chercheurs de NANOGrav affirment que les futures études des signaux envoyés par les trous noirs supermassifs permettront aux scientifiques de voir l’univers des ondes gravitationnelles à travers une nouvelle fenêtre, donnant un aperçu des trous noirs géants fusionnant au centre des galaxies lointaines et éventuellement dans d’autres sources exotiques en aval. Fréquence des ondes gravitationnelles.

« Ce n’est que le début de notre travail », a déclaré Siemens.

source: Université d’État de l’Oregon