L’astronomie gravitationnelle est une discipline relativement nouvelle qui a ouvert de nombreuses portes aux astronomes pour comprendre comment fonctionne l’extrémité énorme et violente de l’échelle. Il a été utilisé pour cartographier la fusion des trous noirs et d’autres événements extrêmes dans tout l’univers. Maintenant, une équipe de l’Institut Walter Burke de physique théorique de Cal Tech pense qu’ils ont une nouvelle utilisation pour la nouvelle technologie – limitant les propriétés de la matière noire.
Comme nous l’avons déjà signalé à maintes reprises, la matière noire est la substance qui constitue la supermajorité de la masse dans l’univers, mais qui est invisible aux ondes électromagnétiques normales, ce qui nous empêche littéralement de “voir” de la manière dont nous le ferions généralement. penses-y. Cependant, ces particules, si c’est bien ce qu’elles sont, interagissent avec une autre force fondamentale – la gravité.
Ce qui en ferait une cible potentielle pour les études des observatoires d’ondes gravitationnelles (GW). Mais il y a quelques hypothèses sous-jacentes à ce travail. Premièrement, la matière noire est un phénomène « macro », c’est-à-dire qu’elle n’est pas soumise au monde de la mécanique quantique. Les ondes gravitationnelles ne fonctionneront probablement que sur ce que les auteurs ont appelé la matière noire ultra-lourde, qui, dans leur contexte, concerne la masse des articles eux-mêmes.
Les interféromètres conçus pour détecter les voies gravitationnelles pourraient potentiellement capter des signaux affectés par des particules suffisamment lourdes pour tomber dans cette catégorie. En particulier, ces particules affecteraient trois caractéristiques différentes de l’onde gravitationnelle, dont deux que les auteurs calculent pour la première fois,
Le premier est l’effet Doppler, que chaque étudiant en physique du secondaire apprend, généralement avec un exemple de la façon dont les ambulances sonnent différemment lorsqu’elles viennent vers vous ou s’éloignent de vous. Le même phénomène se produit avec les ondes gravitationnelles, car elles affectent l’espace-temps de manière similaire en fonction de la façon dont leur source se déplace par rapport à l’observatoire GW.
Pour un regard plus nuancé sur la matière noire pouvant affecter les GW, les auteurs examinent le retard de Shapiro et d’Einstein. Le retard de Shapiro est un changement du temps qu’il faut à un signal pour se déplacer d’une extrémité à l’autre d’un interféromètre. Cela peut être modifié en fonction de la présence ou non d’un compactage de l’espace-temps quelque part le long du bras de l’interféromètre. D’autre part, le retard d’Einstein est un retard réel de l’horloge que l’interféromètre utilise pour mesurer les ondes gravitationnelles. Cependant, cet effet s’annule dans des configurations d’interféromètre spécifiques.
Ce que les auteurs en déduisent de tout cela, c’est que les observatoires GW modernes qui devraient être mis en ligne sous peu, comme la gravité de l’expérience d’intrication quantique de l’espace-temps (GQuEST) à CalTech, devraient être capables de détecter la matière noire en transit si elle est assez grand pour être considéré comme “ultra-lourd”. Mais il y a une autre nuance dans l’article qui est intrigante et indique une compréhension potentiellement plus profonde de la physique sous-jacente,
Les étudiants en physique du monde entier apprennent les forces fondamentales – la gravité, l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles. Mais, il pourrait y avoir une cinquième force, qui a jusqu’à présent été invisible à notre détection. Cette force, connue sous le nom d’interaction de Yukawa, est une cinquième force fondamentale théorique qui opère entre la matière noire et les types de particules plus traditionnels plus familiers aux étudiants en physique classique – en physique théorique, ils sont connus sous le nom de baryons. Jusqu’à présent, il n’y a eu aucune preuve concluante concernant l’existence de cette force, mais certaines expériences ont commencé à travailler pour la contraindre. S’il existe, ces mêmes détecteurs GW peuvent jouer un rôle en aidant à le contraindre davantage, selon le document.
Trouver une nouvelle force fondamentale et résoudre un mystère qui tourmente la physique théorique depuis des décennies est un lourd fardeau à imposer à une science relativement nouvelle. Mais c’est précisément ainsi que la science elle-même progresse – en utilisant de nouvelles technologies pour effectuer de nouvelles mesures et prouver ou réfuter de nouvelles théories. Maintenant, après un long moment, il est temps pour l’astronomie gravitationnelle de briller.
