Nous vivons maintenant dans un univers rempli d’ondes gravitationnelles.
Avant la déclaration historique jeudi matin, lors de la réunion de la National Science Foundation (NSF) à Washington, il n'y avait que des rumeurs selon lesquelles l'observatoire laser interférométrique à ondes gravitationnelles au laser (LIGO) aurait ouvert un élément clé de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, mais nous savons maintenant que la réalité est plus profonde. que nous avons pensé.
Avec une clarté incroyable, LIGO pouvait «entendre» l'instant précédant la fusion du système binaire trous noirs (deux trous noirs tournant l'un autour de l'autre) en un seul ensemble, créant ainsi un signal d'ondes de gravité si clair, conforme à un modèle théorique discussion requise. LIGO a assisté à la «renaissance» d'un puissant trou noir qui s'est produite il y a environ 1,3 milliard d'années.
Les ondes gravitationnelles ont toujours été et seront toujours, traversant notre planète (en fait, nous traversant), mais ce n’est que maintenant que nous savons comment les trouver. Nous avons maintenant ouvert nos yeux à divers signaux cosmiques, aux vibrations causées par des événements énergétiques connus, et nous assistons à la naissance d’un champ astronomique complètement nouveau.
Le son de deux trous noirs qui se confondent:
"Nous pouvons maintenant entendre l'Univers", a déclaré Gabriela González, physicienne et représentante de LIGO, lors de la réunion triomphale de jeudi. Cette découverte a marqué le début d'une nouvelle ère: le domaine de l'astronomie gravitationnelle est désormais une réalité. "
Notre place dans l'Univers change beaucoup et cette découverte peut être fondamentale, comme la découverte des ondes radio et la compréhension de l'expansion de l'Univers.
La théorie de la relativité devient plus raisonnable
Des tentatives pour expliquer ce que sont les ondes gravitationnelles et pourquoi elles sont si importantes, aussi complexes que les équations les décrivant, mais leur découverte ne fait pas que renforcer la théorie d’Einstein sur la nature de l’espace-temps. Nous disposons maintenant d’un outil pour détecter une partie de l’Univers qui était invisible pour nous. nous Nous pouvons maintenant étudier les ondes cosmiques créées par les événements les plus énergétiques de l’Univers et, éventuellement, utiliser les ondes gravitationnelles pour de nouvelles découvertes physiques et explorer de nouveaux phénomènes astronomiques.
«Nous devons maintenant prouver que nous disposons de la technologie nécessaire pour aller plus loin que la découverte des ondes gravitationnelles, car elles ouvrent de nombreuses opportunités», a déclaré Lewis Lehner de l'Institut de physique théorique de l'Ontario dans une interview après la déclaration de jeudi.
Les recherches de Lener portent sur des objets denses (tels que des trous noirs) qui créent de puissantes ondes gravitationnelles. Bien qu'il ne soit pas associé à la coopération de LIGO, Lehner a rapidement compris l'importance de cette découverte historique. "Il n'y a pas de meilleurs signaux", a-t-il déclaré.
La découverte est basée sur trois manières, il raisonne. Premièrement, nous savons maintenant que les ondes gravitationnelles existent et nous savons les détecter. Deuxièmement, le signal détecté par les stations LIGO le 14 septembre 2015 est une indication forte de l’existence d’un système binaire de trous noirs et chaque trou noir pèse plusieurs dizaines de masses solaires. Le signal correspond exactement à ce que nous attendions de la fusion de deux trous noirs: l’un pèse 29 fois le soleil et l’autre 36. Troisièmement, et peut-être le plus important, «la possibilité d’envoyer dans un trou noir» est certainement la preuve la plus solide de l’existence de trous noirs.
Intuition cosmique
Comme beaucoup d'autres découvertes scientifiques, cet événement a été accompagné de chance. LIGO est le plus grand projet financé par la National Science Foundation, lancé initialement en 2002. Il s'est avéré qu'après de nombreuses années de recherche du signal insaisissable des ondes gravitationnelles, le LIGO n'était pas assez sensible et qu'en 2010, les observatoires ont gelé, alors que la coopération internationale visait à accroître leur sensibilité. Cinq ans plus tard, en septembre 2015, le «LIGO amélioré» était né.
À cette époque, Kip Thorn, cofondateur de LIGO et grand spécialiste de la physique théorique, était confiant dans le succès de LIGO, déclarant à la BBC: «Nous sommes ici. Nous avons frappé le terrain gros gibier. Et il est clair que nous allons lever le voile sur le secret. »Et il avait raison, quelques jours après la reconstruction, une vague d’ondes gravitationnelles a traversé notre planète et LIGO a été suffisamment sensible pour les détecter.
Ces fusions de trous noirs ne sont pas considérées comme spéciales. selon des estimations approximatives, de tels événements se produisent toutes les 15 minutes, quelque part dans l'univers. Mais c’est précisément cette fusion qui a eu lieu au bon endroit (à une distance de 1,3 milliard d’années-lumière) au bon moment (il y a 1,3 milliard d’années) pour être capturée par les observatoires de LIGO. C’était un pur signal de l’univers, et Einstein l’a prédit. Ses ondes gravitationnelles se sont avérées réelles et décrivaient un événement cosmique 50 fois plus puissant que la puissance de toutes les étoiles combinées de l’univers. LIGO a enregistré cette énorme explosion d'ondes gravitationnelles en tant que signal haute fréquence à modulation de fréquence linéaire, tandis que les trous noirs, se déplaçant en spirale, se confondaient en un. Pour confirmer la propagation des ondes gravitationnelles, LIGO est constitué de deux stations d’observation, l’une en Louisiane, l’autre à Washington. Pour éliminer les faux positifs, le signal de l’onde gravitationnelle doit être détecté aux deux stations. Le 14 septembre, le résultat a été obtenu d’abord en Louisiane, puis après 7 millisecondes à Washington. Les signaux appariés et, à l'aide de la triangulation, les physiciens ont pu découvrir qu'ils provenaient de l'espace céleste de l'hémisphère sud.
Les ondes gravitationnelles: comment peuvent-elles être utiles?
Donc, nous avons la confirmation du signal de fusion du trou noir, et alors? C’est une découverte historique, ce qui est tout à fait compréhensible. Il ya 100 ans, Einstein ne pouvait même pas rêver de retrouver ces vagues, mais c’était toujours le cas.
La théorie générale de la relativité a été l’une des perceptions scientifiques et philosophiques les plus profondes du XXe siècle et constitue la base des recherches les plus intelligentes de la réalité. En astronomie, les applications de la relativité générale sont claires: d’une lentille gravitationnelle à la mesure de l’expansion de l’Univers. Mais l'application pratique des théories d'Einstein n'est pas du tout claire, mais la plupart des technologies modernes utilisent les leçons de la théorie de la relativité dans certaines choses considérées comme simples. Par exemple, prenons des satellites de navigation mondiaux, ils ne seront pas assez précis si vous n’appliquez pas un simple ajustement de la dilatation du temps (prévu par la théorie de la relativité).
Il est clair que la relativité générale a des applications dans le monde réel, mais quand Einstein a présenté sa théorie en 1916, son application était hautement discutable, ce qui semblait évident. Il a simplement connecté l'univers, de la manière qu'il a vue, et la théorie générale de la relativité est née. Et maintenant, une autre composante de la théorie de la relativité a été prouvée, mais comment utiliser les ondes gravitationnelles? Les astrophysiciens et les cosmologues sont définitivement intrigués. "Après avoir recueilli des données sur des paires de trous noirs qui joueront le rôle de phares dispersés dans l'univers", a déclaré le physicien théoricien Neil Turok, directeur de l'Institut de physique théorique, jeudi, lors d'une présentation vidéo. l'expansion de l'univers, ou la quantité d'énergie noire avec une précision extrême, est beaucoup plus précise que nous ne le pouvons aujourd'hui. "
«Einstein a développé sa théorie avec des indices de la nature, mais sur la base d'une séquence logique. Après 100 ans, vous voyez des preuves très précises de ses prédictions. "
De plus, l'événement du 14 septembre présente certaines caractéristiques de la physique qu'il reste à étudier. Par exemple, Lehner a noté que l'analyse d'un signal d'onde gravitationnel permettait de mesurer la «rotation» ou le moment cinétique d'un trou noir. «Si vous travaillez sur la théorie depuis longtemps, sachez que le trou noir a une rotation très, très spéciale», a-t-il déclaré.
La formation des ondes gravitationnelles avec la fusion de deux trous noirs:
Pour une raison quelconque, la rotation finale du trou noir est plus lente que prévu, ce qui indique que les trous noirs se heurtent à basse vitesse ou qu'ils se trouvaient dans une collision qui a provoqué un moment angulaire articulaire opposé. "C'est très intéressant, pourquoi la nature l'a-t-elle fait?", A déclaré Lehner.
Ce mystère récent peut revenir à certains principes fondamentaux de la physique, qui n'ont pas été pris en compte, mais, plus intriguant, peuvent révéler une «nouvelle» physique inhabituelle, qui ne correspond pas à la théorie générale de la relativité. Et cela révèle d'autres applications des ondes gravitationnelles: comme elles sont créées par de puissants phénomènes gravitationnels, nous avons la possibilité de sonder ce milieu de loin, avec des surprises possibles. De plus, nous pourrions combiner des observations de phénomènes astrophysiques avec des forces électromagnétiques afin de mieux comprendre la structure de l'univers.
demande?
Naturellement, après les énormes annonces faites à partir d'un ensemble de découvertes scientifiques, de nombreuses personnes extérieures à la communauté scientifique s'intéressent à la manière dont elles peuvent les affecter. La profondeur de la découverte peut être perdue, ce qui, bien sûr, s'applique aux ondes gravitationnelles. Mais considérons un autre cas où Wilhelm Roentgen a découvert les rayons X en 1895, au cours d’expériences avec des tubes cathodiques. Peu de gens savent que quelques années plus tard, ces ondes électromagnétiques deviendront un élément clé de la médecine quotidienne, du diagnostic au traitement. De même, la première création expérimentale d'ondes radioélectriques en 1887, Heinrich Hertz a confirmé les équations électromagnétiques bien connues de James Clerk Maxwell. Guglielmo Marconi, qui a créé un émetteur radio et un récepteur radio, a prouvé son application pratique au fil des années 90. De plus, les équations de Schrödinger décrivant le monde complexe de la dynamique quantique sont maintenant utilisées dans le développement de l'informatique quantique ultra-rapide.
Un ingénieur LIGO évalue la pollution par interféromètre
Toutes les découvertes scientifiques sont utiles et bon nombre d’entre elles ont un usage quotidien, ce que nous prenons pour acquis. À l'heure actuelle, l'application pratique des ondes gravitationnelles est limitée à l'astrophysique et à la cosmologie - nous avons maintenant une fenêtre dans «l'univers sombre», qui n'est pas visible pour les rayonnements électromagnétiques. Sans aucun doute, les scientifiques et les ingénieurs trouveront un autre usage pour ces pulsations cosmiques, en plus de la détection de l'Univers. Cependant, pour détecter ces ondes, il faut que la technologie optique de LIGO progresse de manière satisfaisante et que de nouvelles technologies apparaissent au fil du temps. Bien sûr, la détection des ondes gravitationnelles - le triomphe de l’humanité, qui aidera à explorer notre univers pour les générations futures. C'est certainement un âge d'or pour la science, où les découvertes historiques sont devenues monnaie courante. Et nous avons le potentiel intellectuel de créer un modèle de l'univers et de prouver expérimentalement notre cas.
Mais pour moi, le plus excitant est de voir les premières cartes gravitationnelles de l’espace, où sont tracées des bourdonnements périodiques d’étoiles à neutrons et des éruptions impulsives de supernovae, ouvrant un nouvel univers rempli d’ondes cosmiques.
