Une équipe de physiciens a développé une méthode pour détecter les ondes gravitationnelles avec des fréquences si basses qu'elles pourraient percer les secrets des premières phases de fusion entre les trous noirs supermassifs, les objets les plus lourds de l'univers.
La méthode peut détecter les ondes gravitationnelles qui oscillent une seule fois tous les mille ans, 100 fois plus lentement que toutes les ondes gravitationnelles mesurées précédemment.
"Ce sont des ondes qui nous parviennent des coins les plus reculés de l'univers, capables d'affecter la façon dont la lumière se déplace", a déclaré JEFF DROR, Ph.D., professeur adjoint de physique à l'Université de Floride et co-auteur de la nouvelle étude. "L'étude de ces ondes du premier univers nous aidera à dresser un tableau complet de notre histoire cosmique, analogue aux découvertes précédentes du fond diffus cosmologique."
Dror et son co-auteur, William DeRocco, chercheur postdoctoral à l'Université de Californie à Santa Cruz, ont publié leurs conclusions dans Physical Review Letters. .
Les ondes gravitationnelles s’apparentent à des ondulations dans l’espace. Comme les ondes sonores ou les vagues sur l’océan, les ondes gravitationnelles varient à la fois en fréquence et en amplitude, informations qui donnent un aperçu de leur origine et de leur âge. Les ondes gravitationnelles qui nous parviennent peuvent osciller à des fréquences extrêmement basses, bien inférieures à celles des ondes sonores détectables par l’oreille humaine. Certaines des fréquences les plus basses détectées dans le passé étaient aussi basses qu'un nanohertz.
"Pour référence", a expliqué Dror, "la fréquence des ondes sonores créées par le rugissement d'un alligator est environ 100 milliards de fois supérieure à cette fréquence :ce sont des ondes très graves."
Leur nouvelle méthode de détection repose sur l’analyse des pulsars et des étoiles à neutrons qui émettent des ondes radio à intervalles très réguliers. Dror a émis l'hypothèse que la recherche d'un ralentissement progressif de l'arrivée de ces impulsions pourrait révéler de nouvelles ondes gravitationnelles.
En étudiant les données de pulsar existantes, Dror a pu rechercher des ondes gravitationnelles avec des fréquences plus basses que jamais auparavant, augmentant ainsi notre « plage auditive » jusqu'à des fréquences aussi basses que 10 picohertz, 100 fois inférieures aux efforts précédents qui détectaient des ondes de niveau nanohertz.
Bien que des ondes gravitationnelles avec des fréquences autour du nanohertz aient déjà été détectées, on sait peu de choses sur leur origine. Il existe deux théories. L'idée directrice est que ces ondes sont le résultat d'une fusion entre deux trous noirs supermassifs, ce qui, si cela était vrai, donnerait aux chercheurs une nouvelle façon d'étudier le comportement de ces objets géants qui se trouvent au cœur de chaque galaxie.
L’autre théorie principale est que ces vagues ont été créées par une sorte d’événement cataclysmique au début de l’histoire de l’univers. En étudiant les ondes gravitationnelles à des fréquences encore plus basses, ils pourraient peut-être différencier ces possibilités.
"Pour l'avenir, la prochaine étape consistera à analyser des ensembles de données plus récents", a déclaré Dror. "Les ensembles de données que nous avons utilisés datent principalement de 2014 et 2015, et un grand nombre d'observations de pulsars ont été entreprises depuis lors."
Dror prévoit également d'exécuter des simulations sur des données fictives à l'aide du supercalculateur HiPerGator d'UF pour mieux comprendre l'histoire cosmique. Le superordinateur peut exécuter efficacement des simulations vastes et complexes, réduisant considérablement le temps nécessaire à l'analyse des données.
Plus d'informations : William DeRocco et al, Utilisation des dérives des paramètres Pulsar pour détecter les ondes gravitationnelles subnanohertz, Physical Review Letters (2024). DOI :10.1103/PhysRevLett.132.101403. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2212.09751
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique , arXiv
Fourni par l'Université de Floride
