Les ondes gravitationnelles sont enregistrées pour la troisième fois: que pouvons-nous apprendre sur l'Univers?

Aujourd'hui, la collaboration internationale LIGO-Virgo a annoncé l'enregistrement des ondes gravitationnelles pour la troisième fois de l'histoire. La source, comme les deux fois précédentes , était une paire de trous noirs. Un article sur Physical Review Letters est publié sur les résultats de l'étude.

À propos du signal GW170104

Depuis la première détection et le premier cycle scientifique, la sensibilité des détecteurs a augmenté et le bruit technique a diminué, ce qui a permis d'obtenir des données de meilleure qualité.

Au cours du deuxième cycle de travail des observatoires Advanced LIGO, un signal a été détecté, provoqué par des ondes gravitationnelles avec une grande fiabilité - ce signal peut apparaître par erreur tous les 70000 ans d'observations constantes (rapport signal / bruit 13 et confiance supérieure à 5σ).



Les trous noirs avec des masses de ~ 20 et 30 solaires ont fusionné en un seul, tout en émettant des ondes gravitationnelles avec une énergie totale d'environ deux masses solaires. Le processus de fusion a pris moins d'une seconde, et au moment de la fusion, les trous noirs ont accéléré à 60% de la vitesse de la lumière!

Le signal nous a atteint pendant plusieurs milliards d'années (une source à une distance d'environ 1000 MPc), et a été enregistré par deux détecteurs LIGO aux États-Unis le 4 janvier 2017.

Quelles connaissances acquérons-nous sur l'univers?

Dans un article précédent, j'ai parlé de la façon dont nous savons que le signal est réellement une onde gravitationnelle et des plans de développement de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Cette fois, nous expliquerons pourquoi nous avons besoin de ces détecteurs et que nous pouvons apprendre de nouvelles choses sur l'Univers.

Vitesse de gravité

UPD: correction de l'estimation de la vitesse et ajout d'une méthode de calcul.

La question la plus courante à propos des ondes gravitationnelles est la vitesse de leur propagation. Dans la théorie générale de la relativité (GR), cette vitesse est égale à la vitesse de la lumière. L'expérience LIGO le confirme avec une grande précision: une onde gravitationnelle arrive sur deux détecteurs LIGO situés dans différentes parties des États-Unis à une distance de plusieurs milliers de kilomètres, avec un certain retard, et connaissant la distance entre les détecteurs et ce retard, on peut estimer la vitesse de propagation. Et jusqu'à la onzième décimale, cette vitesse est égale à la vitesse de la lumière.

Tests GTR

Dans un sens plus général, nous pouvons vérifier comment nos modèles de trous noirs correspondent aux données expérimentales. Jusqu'à présent, tout est pareil:


Bien que seuls quelques paramètres soient suffisants pour décrire une paire de trous noirs, une solution analytique des équations d'Einstein pour leur fusion est pratiquement impossible. Par conséquent, les scientifiques utilisent des calculs numériques pour obtenir des modèles réels. Et là où il y a des calculs numériques, il y a toutes sortes d'approximations, donc la coïncidence du modèle obtenu avec l'expérience est si importante - cela nous permet de dire à quel point nos idées sur les GR sont vraies.

Bien sûr, il est possible de vérifier toutes sortes de modifications de la relativité générale. Certains d'entre eux peuvent déjà être exclus - par exemple, ils nécessitent la dispersion de GW ou l'excès de vitesse de la lumière. Autres - s'attendent à une augmentation de la sensibilité des détecteurs pour vérification.
Et les troisièmes, comme la mémoire de l'espace autour des vagues , peuvent être vérifiées maintenant.
En général, un moment passionnant pour les astrophysiciens!

L'émergence des étoiles

À partir des paramètres des trous noirs, vous pouvez obtenir beaucoup d' informations sur l'espace et la formation de l'univers. Premièrement, l'observation des ondes de gravité est la première preuve de l'existence de trous noirs appariés. Deuxièmement, les masses de ces trous noirs sont étonnamment grandes - personne ne s'attendait à ce que les trous noirs appariés d'une telle masse soient si communs.

Des conclusions intéressantes peuvent être tirées sur l'âge des systèmes BH. Plus tôt une étoile s'est formée depuis le début de l'Univers, moins il y a de substance d'étoiles précédentes - plus la teneur en métaux est faible. D'autre part, la masse du trou noir dépend de la quantité de métaux qu'il contient, donc par les masses mesurées du trou noir, on peut dire à quel point les étoiles à partir desquelles elles se sont formées sont jeunes. La curieuse conclusion en découle que les BH appariés peuvent se former à la fois en amas stellaires (si l'environnement est assez jeune) et isolément, ce qui était auparavant inconnu. En observant les paramètres BH, nous pouvons dire comment ces trous se sont formés - isolément ou non.

Une observation plus approfondie des paramètres de la BH, tels que le moment orbital, peut donner encore plus de compréhension dans les processus cosmologiques.

Au cours de la dernière année, LIGO a enregistré trois événements importants, et avec une augmentation de la sensibilité des détecteurs au cours du prochain cycle scientifique, le nombre de ces événements augmentera, nous donnant de plus en plus de connaissances sur l'Univers.

Documents et liens supplémentaires

1. Que sont les ondes gravitationnelles?


2. Il y a beaucoup de matériel intéressant sur le site officiel de LIGO : il y a toutes sortes de vidéos et d'articles.
3. Rejoignez la recherche populaire d'ondes gravitationnelles grâce au calcul distribué sur Einstein @ Home .
4. Et la collaboration a toutes sortes de médias, où des documents intéressants sont constamment publiés: Twitter , Facebook et Youtube .