Des “phares” cosmiques qui émettent des rayons gamma pourraient révéler des ondes gravitationnelles tout autour de nous

Une illustration du télescope spatial Fermi Gamma-ray détectant les rayons gamma des pulsars distants.

Une équipe d’astronomes a compilé 12,5 ans de données de la Espace Fermi Gammy Ray télescope pour former un réseau de synchronisation de pulsars à rayons gamma, un système de phares cosmiques qui pourrait aider à révéler des ondulations dans l’espace-temps.

depuis le premier constat des ondes gravitationnelles en 2016, les astronomes et les astrophysiciens ont essayé de cerner le fond des ondes gravitationnelles, en fait l’ensemble de l’océan de ces ondes dans l’espace-temps. Les rotations rapides et les collisions des objets les plus massifs de l’univers, comme les trous noirs et les étoiles à neutrons, produisent des ondes gravitationnelles qui peuvent être détectées sur Terre.

la LIGO et Vierge les interféromètres ont capté les ondes gravitationnelles des fusions de trous noirs qui sont plusieurs fois la taille de notre Soleil, appelés trous noirs de masse stellaire. Mais les scientifiques aimeraient également voir des ondes beaucoup plus grandes, comme celles qui se propageraient à partir de deux trous noirs supermassifs se brisant l’un contre l’autre. C’est un défi.

Les ondes gravitationnelles provenant des fusions de trous noirs de masse stellaire font “quelques dizaines à centaines de kilomètres de long, et nous avons donc besoin de détecteurs qui ne font que quelques kilomètres de long”, a envoyé un e-mail à Aditya Parthasarathy, astronome à l’Institut Max Planck de radioastronomie à Bonn. , Allemagne et co-auteur du nouvel article. “Pour détecter les ondes gravitationnelles d’un billion de kilomètres de long provenant des fusions de trous noirs supermassifs, nous avons besoin d’un détecteur qui se trouve à travers la galaxie!”

Nous ne pouvons pas construire un détecteur à l’échelle de la galaxie. Mais nous pouvons exploiter les pulsars naturels, ce que les chercheurs à l’origine de ces nouveaux travaux ont entrepris de faire. Ils se sont appuyés sur une idée existante appelée réseau de synchronisation de pulsars, qui repose sur des ondes radio émises par les restes en rotation rapide d’étoiles mortes. Ces pulsars tournent dans un manière prévisible, ce qui permet aux chercheurs de documenter changements subtils dans le temps nécessaire aux impulsions pour atteindre la Terre. Ces changements sont dus à des distorsions de l’espace-temps – des ondes gravitationnelles – qui font que l’impulsion arrive légèrement plus tôt ou plus tard que d’habitude

Enchaîner les signaux des pulsars en réseaux permet aux astronomes de former des observatoires à l’échelle galactique. La nouvelle approche de l’équipe récente recherche le rayonnement gamma produit par certains de ces pulsars, qui est détecté par le Télescope spatial à rayons gamma Fermi† Leurs recherches sont publié dans la revue Sciences.

l’année dernière, l’Observatoire nord-américain des nanohertz pour les ondes gravitationnelles a publié un ensemble de données de 12,5 ans décrivant un motif dans la lumière de 45 pulsars de la Voie lactée, un signal à basse fréquence qui était “ce à quoi nous nous attendons à ce que les premiers indices de l’arrière-plan des ondes gravitationnelles ressemblent, » selon l’auteur principal de l’étude. Ces données provenaient de deux radiotélescopes : le télescope Green Bank en Virginie-Occidentale et le télescope Arecibo à Porto Rico, qui effondré en 2020

Mais chronométrer les ondes radio des pulsars n’est pas une méthode infaillible pour trouver le fond des ondes gravitationnelles. Parthasarathy a noté que, sur les longues distances qu’il faut aux ondes radio des pulsars pour atteindre la Terre, ils rencontrent des élections parasites qui peuvent perturber le voyage des ondes. “Les photons gamma, cependant, sont inconscients des électrons parasites, et donc les observations de rayons gamma sont exemptes de cette source majeure de bruit”, a déclaré Parthasarathy. “Ainsi, le réseau de synchronisation des pulsars à rayons gamma est une sonde plus directe pour étudier le signal de fond des ondes gravitationnelles.”

Toute directivité mise à part, la synchronisation des pulsars à l’aide de leur rayonnement gamma donnerait aux astronomes une sonde du fond des ondes gravitationnelles indépendante des sources radio – offrant une image plus complète de ce qui se passe réellement.

Le fond des ondes gravitationnelles est à certains égards similaire au fond cosmique des micro-ondes, la première lumière que nous pouvons voir dans l’univers et qui est présente partout où vous regardez dans le ciel. Mais « à certains égards, c’est plus dynamique que le [cosmic microwave background]car il suit les derniers milliards d’années de l’évolution de l’univers, et les sources les plus fortes (les plus proches) n’ont peut-être été que fortes [gravitational wave] sources pendant des centaines de milliers d’années, ce qui n’est fondamentalement rien à ces échelles », a déclaré Matthew Kerr, astronome au US Naval Research Laboratory et co-auteur de l’article, dans un e-mail à Gizmodo.

Kerr a ajouté que les ondes sont «une grande sonde de la dynamique des parties internes des galaxies et de l’histoire des fusions. Mais ils ne commencent pas tant qu’il n’y a pas de trous noirs supermassifs, ce qui prend beaucoup de temps, car les galaxies doivent se condenser, former des étoiles et se développer.

L’approche de Fermi n’est pas encore aussi sensible que celle des radiotélescopes – les résultats récents sont environ 30% aussi bon que les réseaux de synchronisation des pulsars radio – mais les astronomes pensent que, dans environ cinq ans, Fermi sera tout aussi efficace pour détecter le fond des ondes gravitationnelles.

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