les ondes gravitationnelles, les ondulations D’Einstein dans l’espace—temps, repérées pour la première fois

Il y a longtemps, au plus profond de l’Espace, deux trous noirs massifs-les champs gravitationnels ultrarongues laissés par des étoiles gigantesques qui Les fantômes stellaires se rapprochaient de plus en plus, jusqu’à ce que, il y a environ 1,3 milliard d’années, ils tournoyaient l’un autour de l’autre à la moitié de la vitesse de la lumière et finissaient par fusionner., La collision a envoyé un frisson à travers l’univers: des ondulations dans le tissu de l’espace et du temps appelées ondes gravitationnelles. Il y a cinq mois, ils ont passé la Terre. Et, pour la première fois, les physiciens ont détecté les ondes, accomplissant une quête de 4 décennies et ouvrant de nouveaux yeux sur les cieux.,

Voici la première personne à repérer ces ondes gravitationnelles

la découverte marque un triomphe pour les 1000 physiciens de L’interféromètre laser gravitational-Wave Observatory (ligo), une paire D’instruments gigantesques à Hanford, Washington, et Livingston, Louisiane. Des rumeurs de détection circulaient depuis des mois. Aujourd’hui, lors d’une conférence de presse à Washington, L’équipe LIGO l’a officialisé. « Nous l’avons fait!, »explique David Reitze, physicien et Directeur exécutif de LIGO au California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena. « Toutes les rumeurs tourbillonnant là-bas ont eu raison. »

Albert Einstein a prédit l’existence des ondes gravitationnelles il y a 100 ans, mais les détecter directement nécessitait des prouesses technologiques ahurissantes et une histoire de chasse. (Voir calendrier ci-dessous de l’histoire de la recherche d’ondes gravitationnelles.,) Les chercheurs de LIGO ont détecté une onde qui étirait l’espace d’une partie EN 1021, faisant en sorte que la Terre entière se dilate et se contracte de 1/100 000 d’un nanomètre,soit environ la largeur d’un noyau atomique. L’observation teste la théorie de la gravité D’Einstein, la théorie générale de la relativité, avec une rigueur sans précédent et fournit la preuve positive que les trous noirs existent. ” Il remportera un prix Nobel », explique Marc Kamionkowski, théoricien à L’Université Johns Hopkins de Baltimore, dans le Maryland.,

LIGO veille à un minuscule étirement de l’espace avec ce qui revient à des règles ultraprécis: deux engins en forme de L appelés interféromètres avec des bras de 4 kilomètres de long. Les miroirs aux extrémités de chaque bras forment une longue « cavité résonnante », dans laquelle la lumière laser d’une longueur d’onde précise rebondit d’avant en arrière, résonnant tout comme le son d’une hauteur spécifique sonne dans un tuyau d’orgue. Là où les bras se rencontrent, les deux poutres peuvent se chevaucher. S’ils ont parcouru différentes distances le long des bras, leurs vagues s’enrouleront en décalage et interféreront les unes avec les autres., Cela provoquera une partie de la lumière à se faufiler par une sortie appelée un port sombre en synchronisation avec les ondulations de la vague.

à partir de l’interférence, les chercheurs peuvent comparer les longueurs relatives des deux bras à 1/10 000 de la largeur d’une sensibilité suffisante pour voir une onde gravitationnelle passer lorsqu’elle étire les bras de différentes quantités. Pour repérer de tels déplacements minuscules, cependant, les scientifiques doivent amortir les vibrations telles que le grondement des ondes sismiques, le grondement du trafic et le fracas des vagues sur les côtes lointaines.,

V. Altounian/Science

Le 14 septembre 2015, à 9:50:45 Temps Universel—4 h 50 en Louisiane et 2 h 50 à Washington—les systèmes automatisés de ligo ont détecté un tel signal. L’oscillation a émergé à une fréquence de 35 cycles par seconde, ou Hertz, et accéléré jusqu’à 250 Hz avant de disparaître 0.25 secondes plus tard. La fréquence croissante, ou gazouillis, jibes avec deux corps massifs en spirale dans l’autre. Le 0.,Le délai de 007 secondes entre les signaux en Louisiane et à Washington est le bon moment pour une onde de vitesse lumineuse traversant les deux détecteurs.

Le signal dépasse la norme de signification statistique « cinq sigma” que les physiciens utilisent pour revendiquer une découverte, rapportent les chercheurs de LIGO dans un article qui devrait être publié dans Physical Review Letters pour coïncider avec la conférence de presse. Il est si fort qu’il peut être vu dans les données brutes, dit Gabriela González, physicienne à L’Université D’État de Louisiane, Baton Rouge, et porte-parole de la collaboration scientifique LIGO., « Si vous filtrez les données, le signal est évident à l’œil”, dit-elle.

la comparaison avec des simulations informatiques révèle que l’onde est venue de deux objets 29 et 36 fois plus massifs que le soleil en spirale à moins de 210 kilomètres l’un de l’autre avant de fusionner. Seul un trou noir-qui est fait d’énergie gravitationnelle pure et obtient sa masse grâce à la célèbre équation D’Einstein E=mc2—peut emballer autant de masse dans si peu d’espace, explique Bruce Allen, membre de LIGO à L’Institut Max Planck de physique gravitationnelle à Hanovre, en Allemagne., L’observation fournit la première preuve de trous noirs qui ne dépend pas de l’observation de gaz chaud ou d’étoiles tourbillonnant autour d’eux à des distances beaucoup plus grandes. « Avant, vous pouviez discuter en principe de l’existence ou non de trous noirs”, explique Allen. « Maintenant, vous ne pouvez pas. »

la collision a produit une explosion étonnante et invisible. La modélisation montre que le trou noir final totalise 62 masses solaires—3 masses solaires de moins que la somme des trous noirs initiaux. La masse manquante a disparu dans le rayonnement gravitationnel – une conversion de la masse en énergie qui fait ressembler une bombe atomique à une étincelle., ” Pour un dixième de seconde brille plus lumineux que toutes les étoiles de toutes les galaxies », dit Allen. « Mais seulement dans les ondes gravitationnelles.”

Le LIGO facilité à Livingston, Louisiane, est double de Hanford dans l’état de Washington.,

© ATMOSPHERE AERIAL

D’autres explosions stellaires appelées sursauts gamma peuvent également éclipser brièvement les étoiles, mais la fusion explosive de trous noirs établit un record hallucinant, explique Kip Thorne, théoricien de la gravitation à Caltech qui a joué un rôle de premier plan dans le développement de LIGO. « C’est de loin l’explosion la plus puissante que les humains aient jamais détectée à l’exception du big bang”, dit-il.

pendant 5 mois, les physiciens de LIGO ont lutté pour garder un couvercle sur leur découverte en nymphose., Habituellement, la plupart des membres de l’équipe n’auraient pas su si le signal était réel. LIGO Salt régulièrement ses lectures de données avec de faux signaux secrets appelés « injections aveugles » pour tester l’équipement et garder les chercheurs sur leurs orteils. Mais le 14 septembre 2015, ce système d’injection aveugle ne fonctionnait pas. Les physiciens avaient récemment achevé une mise à niveau de 5 ans, 205 millions de dollars des machines, et plusieurs systèmes-y compris le système d « injection—étaient toujours hors ligne alors que l » équipe terminait un « cycle d » ingénierie  » préliminaire.” En conséquence, toute la collaboration savait que l’observation était probablement réelle., ” J’étais convaincu ce jour-là », dit González.

encore, les physiciens LIGO ont dû exclure toute alternative, y compris la possibilité que la lecture était un canular malveillant. ” Nous avons passé environ un mois à regarder comment quelqu’un pouvait usurper un signal », explique Reitze, avant de décider que c’était impossible. Pour González, faire les chèques « était une lourde responsabilité », dit-elle. « C’était la première détection d’ondes gravitationnelles, il n’y avait donc pas de place pour une erreur., »

prouver l’existence d’ondes gravitationnelles n’est peut-être pas L’héritage le plus important de LIGO, car il y a eu des preuves indirectes convaincantes pour elles. En 1974, les astronomes américains Russell Hulse et Joseph Taylor ont découvert une paire d’étoiles à neutrons à émission radio appelées pulsars en orbite l’une autour de l’autre. En chronométrant les pulsars, Taylor et son collègue Joel Weisberg ont démontré qu’ils tournent très lentement l’un vers l’autre—comme ils le devraient s’ils rayonnent des ondes gravitationnelles.

c’est de loin l’explosion la plus puissante que les humains aient jamais détectée à l’exception du big bang.,

C’est la perspective de la science qui pourrait être fait avec les ondes gravitationnelles qui excite vraiment les physiciens. Par exemple, dit Kamionkowski, le théoricien de Johns Hopkins, le premier résultat LIGO montre la puissance d’un tel rayonnement pour révéler des objets astrophysiques invisibles comme les deux trous noirs malheureux. « Cela ouvre une nouvelle fenêtre sur cette vaste population stellaire restes que nous savons qu’ils sont là, mais dont nous n’avons vu qu’une infime partie,” dit-il.

l’observation ouvre également la voie pour tester la relativité générale comme jamais auparavant, dit Kamionkowski., Jusqu’à présent, les physiciens n’ont étudié la gravité que dans des conditions où la force est relativement faible. En étudiant les ondes gravitationnelles, ils peuvent maintenant explorer des conditions extrêmes dans lesquelles l’énergie du champ gravitationnel d’un objet représente la majeure partie ou la totalité de sa masse—le domaine de la forte gravité jusqu’à présent exploré par les théoriciens seuls.

Rainer Weiss, à New York fête de la Science.,

Matt Weber

avec la fusion des trous noirs, la relativité générale a réussi le premier test de ce type, explique Rainer Weiss, physicien au Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge, qui a eu l’idée originale de LIGO. « Les choses que vous calculez à partir de la théorie D’Einstein ressemblent exactement au signal”, dit-il. « Pour moi, c’est un miracle. »

la détection des ondes gravitationnelles marque le point culminant d’une quête de plusieurs décennies qui a commencé en 1972, lorsque Weiss a écrit un article décrivant la conception de base de LIGO., En 1979, la National Science Foundation a financé des travaux de recherche et de développement au MIT et à Caltech, et la construction de LIGO a commencé en 1994. Les instruments de 272 millions de dollars ont commencé à prendre des données en 2001, bien que ce ne soit qu’après la mise à niveau que les physiciens s’attendaient à un signal.

si la découverte de LIGO mérite un prix Nobel, qui devrait le recevoir? Les scientifiques disent que Weiss est un shoo-in, mais il demurs. « Je n’aime pas à penser à elle,” dit-il. « S’il remporte un prix Nobel, ce ne devrait pas être pour la détection des ondes gravitationnelles. Hulse et Taylor ont fait ça., »De nombreux chercheurs disent que D’autres récipiendaires dignes comprendraient Ronald Drever, le premier directeur du projet à Caltech qui a apporté des contributions clés à la conception de LIGO, et Thorne, le théoricien de Caltech qui a défendu le projet. Thorne s’y oppose également. « Les personnes qui méritent vraiment le crédit sont les expérimentateurs qui ont réussi, à commencer par Rai et Ron”, dit-il.

pendant ce temps, d’autres détections peuvent survenir rapidement. Les chercheurs de LIGO analysent toujours les données de leur première course d’observation avec leurs détecteurs améliorés, qui a pris fin le 12 janvier, et ils prévoient de recommencer à prendre des données en juillet., Une équipe italienne espère allumer son détecteur VIRGO reconstruit—un interféromètre avec des bras de 3 kilomètres-plus tard cette année. Les physiciens attendent avec impatience la prochaine vague.

Voir plus de la couverture scientifique des ondes gravitationnelles.,

From prediction to reality: a history of the search for gravitational waves

  • 1915 – Albert Einstein publie la théorie générale de la relativité, explique la gravité comme la déformation de l’espace – temps par la masse ou l’énergie
  • 1916—Einstein prédit que des objets massifs tourbillonnant de certaines manières provoqueront des ondulations l’examinateur souligne une erreur
  • 1962 – physiciens russes M. E. gertsenshtein et V. I.,arts prenant des données en 2002
  • 1996 – début de la Construction du détecteur D’ondes gravitationnelles VIRGO en Italie, qui commence à prendre des données en 2007
  • 2002-2010 – Runs of initial LIGO—no detection of gravitational waves
  • 2007 – LIGO et les équipes VIRGO conviennent de partager des données, formant un réseau mondial unique de détecteurs d’ondes gravitationnelles
  • 2010-2015 – des détecteurs ligo
  • 2015 – Advanced ligo commence la détection initiale en septembre
  • 2016 – le 11 février, NSF et l’équipe ligo annoncent la détection réussie des ondes gravitationnelles

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