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Les «  sirènes sombres  » pourraient résoudre l’un des plus grands mystères de la cosmologie

Ces dernières années, les cosmologistes ont été confrontés à une crise: l’univers est en expansion, mais personne ne peut s’entendre sur la vitesse à laquelle il s’éloigne de nous.

En effet, différentes manières de mesurer la constante de Hubble, un paramètre fondamental qui décrit cette expansion, ont produit des résultats contradictoires.

Mais une seule observation chanceuse de ce que l’on appelle les sirènes sombres – trous noirs ou étoiles à neutrons dont les crashs peuvent être captés par des détecteurs d’ondes gravitationnelles sur Terre mais restent invisibles aux télescopes ordinaires – pourraient aider à résoudre cette tension.

Au fur et à mesure que le cosmos se développe, les galaxies de l’univers s’éloignent de la Terre à une vitesse qui dépend de leur distance par rapport à nous. La relation entre la vitesse et la distance est appelée la constante de Hubble, d’après l’astronome américain Edwin Hubble, qui a calculé sa valeur pour la première fois dans les années 1920.

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En regardant des étoiles scintillantes appelées céphéides dans l’univers local, certains chercheurs ont produit des mesures modernes et très précises de la constante de Hubble. Mais une méthode rivale reposant sur une relique de lumière datant de 380000 ans après le Big Bang, connue sous le nom de fond cosmique micro-ondes (CMB), donne une réponse complètement différente, laissant les cosmologistes se gratter la tête sur ce qui se passe.

«Les ondes gravitationnelles peuvent vous donner une vision différente de la constante de Hubble», a déclaré Ssohrab Borhanian, physicien à la Pennsylvania State University, à 45Secondes.fr.

Lorsque des objets massifs tels que des trous noirs ou des étoiles à neutrons se brisent ensemble, ils déforment le tissu de l’espace-temps, envoyant des ondes gravitationnelles. Depuis 2015, le US Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) et son homologue européen Virgo sont à l’écoute de tels crashs massifs, qui sonnent dans leurs détecteurs comme de petites cloches.

En fonction de leur distance de la terre, ces événements sonneront plus fort ou plus silencieux pour LIGO, permettant aux scientifiques de calculer à quelle distance ils se sont produits. Dans certains cas, le cliquetis de ces entités lourdes se traduit également par un éclair de lumière que les astronomes peuvent capturer dans leurs télescopes, codant des informations sur la vitesse à laquelle ils s’éloignent de nous.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont observé qu’un seul événement de ce type avec à la fois des ondes gravitationnelles et des signaux lumineux, une paire d’étoiles à neutrons que les astronomes ont observé en 2017 dans les deux détecteurs du LIGO ainsi que dans d’autres télescopes. À partir de là, les physiciens ont calculé une valeur pour la constante de Hubble, bien que les barres d’erreur sur la mesure soient suffisamment grandes pour se chevaucher à la fois avec les résultats provenant d’étoiles scintillantes et ceux du CMB, a déclaré Borhanian.

Des travaux antérieurs ont montré que les cosmologistes auraient besoin de voir environ 50 événements comme celui-ci, qui sont assez rares, afin d’obtenir un calcul plus précis de la constante de Hubble, a-t-il ajouté.

Les sirènes sombres offrent un itinéraire potentiellement plus rapide. De tels accidents ne sont pas associés à des éclairs de lumière, qui contiennent les informations essentielles sur la vitesse. Ces événements, qui sont invisibles sauf à travers les ondes gravitationnelles, sont les signaux les plus couramment captés au LIGO et à d’autres installations d’ondes gravitationnelles.

Au cours des cinq prochaines années, les détecteurs de LIGO devraient recevoir des mises à niveau qui leur permettront de décompresser beaucoup plus de détails sur les signaux d’ondes gravitationnelles et de capter beaucoup plus d’événements, y compris davantage de sirènes sombres. Les installations américaines et européennes ont récemment été rejointes par le détecteur d’ondes gravitationnelles Kamioka (KAGRA) au Japon, et un détecteur indien devrait être mis en service vers 2024.

Un jour, le réseau devrait être en mesure de déterminer où dans le ciel un crash de sirène sombre s’est produit 40000 fois mieux que ce que les scientifiques peuvent actuellement, a déclaré Borhanian. Avec ces informations, les astronomes peuvent identifier une galaxie à l’endroit exact où le fracas a eu lieu, puis déterminer à quelle vitesse cette galaxie s’éloigne de la Terre. Il ne sera pas nécessaire de trouver également un flash de lumière associé.

Borhanian et son équipe ont montré que les collisions entre des objets qui sont particulièrement bruyants, lourds ou de masse inégale, qu’ils appellent sirènes dorées sombres, seront particulièrement riches en informations, produisant des données qui pourraient si bien identifier un crash d’onde gravitationnelle. calculer la constante de Hubble avec une grande précision.

«Nous pouvons faire cela avec un seul événement, au lieu de 50», a-t-il dit, et cela suffira peut-être à faire basculer la communauté cosmologique vers une mesure ou une autre. Borhanian présentera les conclusions de son groupe lors de la Société américaine de physiqueréunion d ‘avril du 18 avril.

Parce que les sirènes sombres peuvent potentiellement fournir d’excellentes mesures de distance à partir de la seule physique pure, elles sont « extrêmement uniques, et extrêmement propres et attrayantes », a déclaré Maya Fishbach, astronome à ondes gravitationnelles et membre de l’équipe LIGO de la Northwestern University à Evanston, Illinois, qui était non associé au travail.

Les résultats du groupe suggèrent que LIGO et ses homologues du monde entier devraient commencer à voir de nombreux événements bien localisés dans un proche avenir, a-t-elle déclaré. Mais il est possible que d’autres mesures résolvent la crise de la constante de Hubble avant que les sirènes sombres ne le soient, a déclaré Fishbach à 45Secondes.fr.

Pourtant, Fishbach est enthousiasmé par le potentiel du champ de la cosmologie des ondes gravitationnelles à répondre à d’autres questions fondamentales à l’avenir, telles que la nature et les détails de l’énergie sombre, la substance mystérieuse entraînant une expansion accélérée de l’univers.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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