Les scientifiques ont utilisé un observatoire spatial "de la taille d'une galaxie" pour trouver des indices possibles d'un signal unique provenant d'ondes gravitationnelles, ou les puissantes ondulations qui parcourent l'univers et déforment le tissu de l'espace et du temps lui-même.

Les nouvelles découvertes, qui est apparu récemment dans Les lettres du journal astrophysique , proviennent d'un projet américain et canadien appelé North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

Depuis plus de 13 ans, Les chercheurs de NANOGrav se sont penchés sur la lumière diffusée par des dizaines de pulsars répartis dans toute la Voie lactée pour tenter de détecter un "fond d'onde gravitationnelle". C'est ce que les scientifiques appellent le flux constant de rayonnement gravitationnel qui, selon la théorie, déferle en permanence sur la Terre. L'équipe n'a pas encore identifié cette cible, mais ça se rapproche plus que jamais, dit Joseph Simon, astrophysicien à l'Université du Colorado Boulder et auteur principal du nouvel article.

"Nous avons trouvé un signal fort dans notre ensemble de données, " dit Simon, chercheur postdoctoral au Département des sciences astrophysiques et planétaires. "Mais nous ne pouvons pas encore dire qu'il s'agit de l'arrière-plan des ondes gravitationnelles."

En 2017, Les scientifiques d'une expérience appelée Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ont remporté le prix Nobel de physique pour la toute première détection directe d'ondes gravitationnelles. Ces ondes ont été créées lorsque deux trous noirs se sont percutés à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre, générant un choc cosmique qui s'est propagé à notre propre système solaire.

Cet événement était l'équivalent d'un crash de cymbale, une explosion violente et de courte durée. Les ondes gravitationnelles que Simon et ses collègues recherchent, en revanche, ressemblent plus au bourdonnement constant d'une conversation lors d'un cocktail bondé.

Détecter ce bruit de fond serait une réussite scientifique majeure, ouvrant une nouvelle fenêtre sur le fonctionnement de l'univers, il ajouta. Ces vagues, par exemple, pourrait donner aux scientifiques de nouveaux outils pour étudier comment les trous noirs supermassifs au centre de nombreuses galaxies fusionnent au fil du temps.

"Ces premiers indices séduisants d'un fond d'ondes gravitationnelles suggèrent que les trous noirs supermassifs fusionnent probablement et que nous sommes en train de flotter dans une mer d'ondes gravitationnelles ondulant des fusions de trous noirs supermassifs dans les galaxies à travers l'univers, " a déclaré Julie Comerford, professeur agrégé de sciences astrophysiques et planétaires à CU Boulder et membre de l'équipe NANOGrav.

Simon présentera les résultats de son équipe lors d'une conférence de presse virtuelle lundi lors de la 237e réunion de l'American Astronomical Society.

Phares galactiques

A travers leur travail sur NANOGrav, Simon et Comerford font partie d'un enjeu élevé, bien que collaboratif, course internationale pour trouver le fond des ondes gravitationnelles. Leur projet rejoint deux autres en Europe et en Australie pour constituer un réseau appelé International Pulsar Timing Array.

Simon a dit que, du moins selon la théorie, la fusion des galaxies et d'autres événements cosmologiques produisent un roulement constant d'ondes gravitationnelles. Ils sont gigantesques - une seule vague, Simon a dit, peut prendre des années ou même plus pour passer la Terre. Pour cette raison, aucune autre expérience existante ne peut les détecter directement.

"D'autres observatoires recherchent des ondes gravitationnelles de l'ordre de la seconde, " a déclaré Simon. "Nous recherchons des vagues qui sont de l'ordre d'années ou de décennies."

Lui et ses collègues ont dû faire preuve de créativité. L'équipe NANOGrav utilise des télescopes au sol non pas pour rechercher des ondes gravitationnelles mais pour observer des pulsars. Ces étoiles effondrées sont les phares de la galaxie. Ils tournent à des vitesses incroyablement rapides, envoyant des flux de rayonnement vers la Terre dans un motif clignotant qui reste pratiquement inchangé au fil des éons.

Simon a expliqué que les ondes gravitationnelles modifient le schéma constant de la lumière provenant des pulsars, tirant ou comprimant les distances relatives que ces rayons parcourent dans l'espace. Scientifiques, en d'autres termes, pourrait être en mesure de repérer le fond des ondes gravitationnelles simplement en surveillant les pulsars pour les changements corrélés dans le moment où ils arrivent sur Terre.

"Ces pulsars tournent aussi vite que votre mixeur de cuisine, " a-t-il dit. " Et nous examinons des écarts dans leur synchronisation de quelques centaines de nanosecondes. "

Quelque chose là-bas

Pour trouver ce signal subtil, l'équipe NANOGrav s'efforce d'observer le plus de pulsars possible le plus longtemps possible. À ce jour, le groupe a observé 45 pulsars pendant au moins trois ans et, dans certains cas, depuis bien plus d'une décennie.

Le travail acharné semble porter ses fruits. Dans leur dernière étude, Simon et ses collègues rapportent qu'ils ont détecté un signal distinct dans leurs données :un processus courant semble affecter la lumière provenant de nombreux pulsars.

"Nous avons parcouru chacun des pulsars un par un. Je pense que nous nous attendions tous à en trouver quelques-uns qui étaient les plus fous qui rejetaient nos données, " dit Simon. " Mais ensuite nous les avons tous surmontés, et nous avons dit, 'Oh mon Dieu, il y a en fait quelque chose ici.'"

Les chercheurs ne peuvent toujours pas dire avec certitude ce qui cause ce signal. Ils devront ajouter plus de pulsars à leur ensemble de données et les observer pendant de plus longues périodes pour déterminer si c'est réellement le fond des ondes gravitationnelles à l'œuvre.

"Être capable de détecter l'arrière-plan des ondes gravitationnelles sera une étape énorme, mais ce n'est vraiment qu'une étape, ", a-t-il déclaré. "La deuxième étape consiste à identifier les causes de ces ondes et à découvrir ce qu'elles peuvent nous dire sur l'univers."