Les ondes gravitationnelles sont des ondulations cosmiques dans le tissu de l’espace et du temps qui émanent d’événements catastrophiques dans l’espace, comme les collisions de trous noirs et d’étoiles à neutrons – les noyaux effondrés d’étoiles supergéantes massives. Des détecteurs d’ondes gravitationnelles extrêmement sensibles sur Terre, comme l’Advanced LIGO et les détecteurs Virgo, ont observé avec succès des dizaines de signaux d’ondes gravitationnelles, et ils ont également été utilisés pour rechercher de la matière noire : une forme hypothétique de matière qui représenterait environ 85 % de toute la matière de l’Univers. La matière noire peut être composée de particules qui n’absorbent pas, ne réfléchissent pas ou n’émettent pas de lumière, elles ne peuvent donc pas être détectées en observant le rayonnement électromagnétique. La matière noire est un matériau qui ne peut pas être vu directement, mais nous savons que la matière noire existe en raison de l’effet qu’elle a sur les objets que nous pouvons observer directement.
Les particules de bosons ultralégers sont un nouveau type de particule subatomique que les scientifiques ont présenté comme des candidats convaincants pour la matière noire. Cependant, ces particules ultralégères sont difficiles à détecter car elles ont une masse extrêmement faible et interagissent rarement avec d’autres matières, ce qui est l’une des propriétés clés que la matière noire semble avoir.
Le Dr Lilli Sun est à la recherche de nuages de bosons, un concurrent clé pour la matière noire. Crédit : Tracey Nearmy/ANU
La détection de ondes gravitationnelles fournit une nouvelle approche pour détecter ces particules de bosons extrêmement légères en utilisant la gravité. Les scientifiques pensent que s’il y a certaines particules de bosons ultralégers à proximité d’un trou noir, le champ de gravité extrême entraîne le piégeage des particules autour du trou noir, créant un nuage autour du trou noir. Ce phénomène peut générer des ondes gravitationnelles sur une très longue durée de vie. En recherchant ces signaux d’ondes gravitationnelles, les scientifiques peuvent enfin découvrir ces particules de bosons insaisissables, si elles existent, et éventuellement déchiffrer le code de la matière noire ou exclure l’existence de certains types de particules proposées.
Dans une récente étude internationale dans le cadre de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, avec la chercheuse associée d’OzGrav, le Dr Lilli Sun du Université nationale australienne étant l’un des principaux chercheurs, une équipe de scientifiques a effectué la toute première recherche dans tout le ciel adaptée à ces signaux d’ondes gravitationnelles prédits à partir de nuages de bosons autour de trous noirs en rotation rapide.
« La science des ondes gravitationnelles a ouvert une toute nouvelle fenêtre pour étudier la physique fondamentale. Il fournit non seulement des informations directes sur les mystérieux objets compacts de l’Univers, comme les trous noirs et les étoiles à neutrons, mais nous permet également de rechercher de nouvelles particules et de la matière noire », explique le Dr Sun.
Bien qu’aucun signal n’ait été détecté, l’équipe de chercheurs a pu tirer de précieuses conclusions sur la présence possible de ces nuages dans notre Galaxie. Dans l’analyse, ils ont également pris en considération le fait que la force d’un signal d’onde gravitationnelle dépend de l’âge du nuage de bosons : le nuage de bosons se rétrécit à mesure qu’il perd de l’énergie en envoyant des ondes gravitationnelles, de sorte que la force du signal d’onde gravitationnelle diminuerait à mesure que le nuage vieillit.
“Nous avons appris qu’un type particulier de nuages de bosons de moins de 1 000 ans n’existera probablement nulle part dans notre Galaxie, alors que de tels nuages qui ont jusqu’à 10 millions d’années n’existeront probablement pas à moins de 3 260 années-lumière de la Terre”, a-t-il ajouté. dit le Dr Sun.
« Les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles ouvriront certainement plus de possibilités. Nous pourrons aller plus loin dans l’Univers et découvrir plus d’informations sur ces particules. »
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Ghostly Boson Clouds could Solve the Mystery of Dark Matter.
Référence : “All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning blackholes in LIGO O3 data” par la collaboration scientifique LIGO, la collaboration Virgo, la collaboration KAGRA : R. Abbott, H. Abe, F. Acernese, K. Ackley, N. Adhikari, RX Adhikari, VK Adkins, VB Adya, C. Affeldt, D. Agarwal, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, OD Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, T. Akutsu, S. Albanesi, RA Alfaidi, A. Allocca, PA Altin, A. Amato, C. Anand, S. Anand, A. Ananyeva, SB Anderson, WG Anderson, M. Ando, T. Andrade, N. Andres, M. Andrés-Carcasona, T. Andrić, SV Angelova, S. Ansoldi, JM Antelis, S. Antier, T. Apostolatos, EZ Appavuravther, S. Appert, SK Apple, K. Arai, A. Araya, MC Araya, JS Areeda, M. Arène, N. Aritomi, N. Arnaud, M. Arogeti, SM Aronson, KG Arun, H. Asada, Y. Asali, G. Ashton, Y. Aso, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, SM Aston, P. Astone, F. Aubin, K. AultONeal, C. Austin, S. Babak, F. Badaracco, MKM Bader, C. Badger, S. Bae, Y. Bae, AM Baer, S. Bagnasco, Y. Bai, J. Baird, R. Bajpai, T. Baka, M. Ball, G. Ballardin, SW Ballmer, A. Balsamo, G. Baltus, S. Banagiri, B. Banerjee, D. Bankar, JC Barayoga, C. Barbieri, BC Barish, D. Barker, P. Barneo, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, MA Barton, I Bartos, S. Basak, R. Bassiri et al., 30 novembre 2021, Astrophysique > Phénomènes astrophysiques à haute énergie.
arXiv:2111.15507
