Le radiotélescope EDGES. Crédit :Suzyj, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Dans un article publié aujourd'hui dans Lettres d'examen physique , Valerie Domcke du CERN et Camilo Garcia-Cely de DESY présentent une nouvelle technique de recherche d'ondes gravitationnelles :les ondulations dans le tissu de l'espace-temps qui ont été détectées pour la première fois par les collaborations LIGO et Virgo en 2015 et ont valu à Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne le prix Nobel de physique en 2017.
La technique de Domcke et Garcia-Cely est basée sur la conversion d'ondes gravitationnelles de haute fréquence (allant du mégahertz au gigahertz) en ondes radio. Cette conversion a lieu en présence de champs magnétiques et déforme le rayonnement relique de l'univers primitif connu sous le nom de fond diffus cosmologique, qui imprègne l'univers.
Le duo de recherche montre que cette distorsion, déduite des données du fond diffus cosmologique obtenu avec les radiotélescopes, peut être utilisé pour rechercher des ondes gravitationnelles à haute fréquence générées par des sources cosmiques telles que des sources de l'âge des ténèbres ou même plus loin dans notre histoire cosmique. Les âges sombres sont la période entre le moment où les atomes d'hydrogène se sont formés et le moment où les premières étoiles ont illuminé le cosmos.
« Les chances que ces ondes gravitationnelles à haute fréquence se transforment en ondes radio sont minimes, mais nous contrebalançons ces chances en utilisant un énorme détecteur, le cosmos, " explique Domcke. " Le fond diffus cosmologique fournit une limite supérieure à l'amplitude des ondes gravitationnelles à haute fréquence qui se transforment en ondes radio. Ces ondes haute fréquence sont hors de portée des interféromètres laser LIGO, Vierge et KAGRA."
Domcke et Garcia-Cely ont dérivé deux de ces limites supérieures, en utilisant les mesures du fond diffus cosmologique de deux radiotélescopes :l'instrument ARCADE 2 embarqué sur ballon et le télescope EDGES situé à l'observatoire de radioastronomie de Murchison en Australie occidentale. Les chercheurs ont découvert que, pour les champs magnétiques cosmiques les plus faibles possibles, déterminé à partir des données astronomiques actuelles, les mesures EDGES conduisent à une amplitude maximale d'une partie sur 10 12 pour une onde gravitationnelle d'une fréquence d'environ 78 MHz, alors que les mesures ARCADE 2 donnent une amplitude maximale d'une partie sur 10 14 à une fréquence de 3-30 GHz. Pour les champs magnétiques cosmiques les plus forts possibles, ces limites sont plus strictes—une partie sur 10 21 (BORDS) et une partie sur 10 24 (ARCADE 2) - et sont environ sept ordres de grandeur plus strictes que les limites actuelles dérivées d'expériences en laboratoire existantes.
Domcke et Garcia-Cely disent que les données des radiotélescopes de nouvelle génération tels que le Square Kilometer Array, ainsi qu'une meilleure analyse des données, devrait resserrer davantage ces limites et pourrait peut-être même détecter les ondes gravitationnelles des âges sombres et des temps cosmiques antérieurs.
