Vue d’artiste de la collision de bulles qui peuvent produire des ondes gravitationnelles extrêmement basses lors d’une transition de phase cosmologique au début de l’Univers. Crédit : Riccardo Buscicchio
De nouvelles méthodes de détection des ultra-basse fréquence ondes gravitationnelles peuvent être combinés avec d’autres mesures moins sensibles pour fournir de nouvelles informations sur le développement précoce de notre univers, selon les chercheurs du Université de Birmingham.
Les ondes gravitationnelles – ondulations dans le tissu de l’espace-temps d’Einstein – qui traversent l’univers à la vitesse de la lumière ont toutes sortes de longueurs d’onde ou de fréquences. Les scientifiques n’ont pas encore réussi à détecter les ondes gravitationnelles à des fréquences « nanohertz » extrêmement basses, mais de nouvelles approches actuellement explorées devraient confirmer les premiers signaux à basse fréquence très bientôt.
La méthode principale utilise des radiotélescopes pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide de pulsars – des étoiles exotiques et mortes, qui envoient des impulsions d’ondes radio avec une régularité extraordinaire. Les chercheurs de la collaboration NANOGrav, par exemple, utilisent des pulsars pour chronométrer avec une précision exquise les périodes de rotation d’un réseau, ou réseau, de pulsars millisecondes – la meilleure approximation d’un réseau d’horloges parfaites par les astronomes – répartis dans toute notre galaxie. Ceux-ci peuvent être utilisés pour mesurer les changements fractionnaires causés par les ondes gravitationnelles lorsqu’elles se propagent dans l’univers.
Cependant, la question de savoir ce qui produit ces signaux reste à déterminer. Les scientifiques de l’Institut d’astronomie des ondes gravitationnelles de l’Université de Birmingham soutiennent qu’il sera extrêmement difficile de trouver une réponse en utilisant uniquement les données de pulsar tableaux de synchronisation (PTA).
Au lieu de cela, dans une lettre publiée aujourd’hui (18 octobre 2021) dans Astronomie de la nature, ils suggèrent que la combinaison de ces nouvelles données avec des observations faites par d’autres projets tels que la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, aidera les différents signaux persistant depuis les premières périodes de notre univers à être démêlés et interprétés.
La théorie principale des ondes gravitationnelles ultra-basse fréquence est qu’elles sont causées par une population de trous noirs supermassifs au centre de galaxies en fusion. Au fur et à mesure que les galaxies fusionnent, leurs trous noirs centraux s’apparient, formant des binaires et générant des ondes gravitationnelles. Dans ce cas, une détection des ondes gravitationnelles par PTA offrirait de nouvelles voies passionnantes pour étudier l’astrophysique de l’assemblage et de la croissance des galaxies.
Mais il y a aussi d’autres possibilités. Les ondes gravitationnelles nanohertz pourraient raconter l’histoire de notre univers naissant, bien avant la formation des galaxies et des trous noirs. En fait, il a été suggéré que des signaux d’ondes gravitationnelles de fréquence extrêmement basse pourraient plutôt être générés peu de temps après le big bang par d’autres processus ; par exemple si l’Univers a subi ce que les physiciens appellent une transition de phase à la bonne température.
L’auteur principal, le Dr Christopher Moore, a déclaré : « Les premiers indices provisoires d’un signal d’onde gravitationnelle utilisant des matrices de synchronisation de pulsars pourraient avoir récemment été observés par NANOGrav et nous nous attendons à ce que les prochaines années soient un âge d’or pour ce type de science. La variété des explications de ces signaux est passionnante, mais aussi un labyrinthe. Nous avons besoin d’un moyen de distinguer les différentes sources possibles les unes des autres. Actuellement, cela est extrêmement difficile à faire avec les seules données du réseau de synchronisation de pulsar. »
Le co-auteur, le professeur Alberto Vecchio, a déclaré : « Les réseaux de synchronisation de pulsar peuvent offrir des informations sans précédent sur les processus cosmologiques anciens. Développer des méthodes sophistiquées pour interpréter ces informations signifiera que nous pourrons vraiment commencer à comprendre comment notre univers s’est formé et a pris forme. »
Référence : “Ondes gravitationnelles ultra-basses fréquences issues des processus cosmologiques et astrophysiques” par Christopher J. Moore et Alberto Vecchio 18 octobre 2021, Astronomie de la nature.
DOI : 10.1038 / s41550-021-01489-8
