Après 20 ans de recherche, ce bruit émis par le tourbillon de gigantesques trous noirs a été identifié grâce à une technique inédite de détection des ondes gravitationnelles.
Le bruit de fond émis par un tourbillon de gigantesques trous noirs a été identifié grâce à une technique inédite de détection des ondes gravitationnelles, selon des recherches publiées simultanément dans plusieurs revues scientifiques, jeudi 29 juin.
Ces résultats sont le fruit d’une vaste collaboration des plus grands radiotélescopes du monde, faisant partie du consortium International Puslar Timing Array (IPTA). Ils ont réussi à capter cette vibration de l’univers avec « la précision d’une horloge », selon les auteurs des travaux.
Prédites par Einstein en 1916 et détectées cent ans plus tard, les ondes gravitationnelles sont d’infimes déformations de l’espace-temps, semblables à des ondulations de l’eau à la surface d’un étang. Ces oscillations, qui se propagent à la vitesse de la lumière, naissent sous l’effet d’événements cosmiques violents, tels que la collision de deux trous noirs. Elles ont beau être liées à des phénomènes massifs, leur signal est extrêmement ténu.
« Une nouvelle fenêtre sur l’univers »
En 2015, les détecteurs d’ondes gravitationnelles Ligo (Etats-Unis) et Virgo (Europe) dont certains pensaient qu’ils ne serviraient à rien, ont révolutionné l’astrophysique en détectant le frémissement ultra-bref – moins d’une seconde – de collisions entre des trous noirs.
Cette fois-ci, un signal bien plus étiré dans le temps a été reçu. Il trahit des ondes gravitationnelles générées par des trous noirs de « plusieurs millions à plusieurs milliards de fois la masse du Soleil », selon Gilles Theureau, astronome à l’Observatoire de Paris-PSL, qui a coordonné les travaux côté français.
Pour détecter ces ondes, les scientifiques ont utilisé un outil inédit : des pulsars de la Voie lactée. Ultra-compactes, ces étoiles tournent sur elles-mêmes à grande vitesse. A chaque tour, les pulsars envoient des « bip » réguliers, qui en font de « remarquables horloges naturelles », explique Lucas Guillemot, du Laboratoire de physique et de chimie de l’environnement et de l’espace (LPC2E) d’Orléans. Les scientifiques ont répertorié des groupes de pulsars, pour obtenir un « maillage céleste » dans les méandres de l’espace-temps. Cela leur a permis mesurer un infime dérèglement dans ce tic-tac, caractéristique des ondes gravitationnelles.
Quelle est la source de ces ondes ? L’hypothèse privilégiée envisage des couples de trous noirs supermassifs prets à se percuter, développe Gilles Theureau. Un bruit de fond en continu que Michael Keith, du réseau européen EPTA (European Pulsing Timing Array), compare à un « restaurant bruyant avec beaucoup de gens parlant autour de vous ». Les mesures ne permettent pas encore de dire si ce bruit trahit la présence de quelques couples de trous noirs, ou de toute une population. « Nous ouvrons une nouvelle fenêtre sur l’univers », se félicite Gilles Theureau. Ces études, qui devront être approfondies, pourraient notamment éclaircir le mystère de la formation des trous noirs supermassifs.
Référence
The second data release from the European Pulsar Timing Array III. Search for gravitational wave signals
https://inspirehep.net/literature/2672722
Jun 28, 2023
Abstract: (arXiv)
We present the results of the search for an isotropic stochastic gravitational wave background (GWB) at nanohertz frequencies using the second data release of the European Pulsar Timing Array (EPTA) for 25 millisecond pulsars and a combination with the first data release of the Indian Pulsar Timing Array (InPTA). We analysed (i) the full 24.7-year EPTA data set, (ii) its 10.3-year subset based on modern observing systems, (iii) the combination of the full data set with the first data release of the InPTA for ten commonly timed millisecond pulsars, and (iv) the combination of the 10.3-year subset with the InPTA data. These combinations allowed us to probe the contributions of instrumental noise and interstellar propagation effects. With the full data set, we find marginal evidence for a GWB, gravitational wave background , with a Bayes factor of four and a false alarm probability of 4% 4%. With the 10.3-year subset, we report evidence for a GWB, with a Bayes factor of 60 60 and a false alarm probability of about 0.1% 0.1% (≳3� ≳3σ significance).
The addition of the InPTA data yields results that are broadly consistent with the EPTA-only data sets, with the benefit of better noise modelling. Analyses were performed with different data processing pipelines to test the consistency of the results from independent software packages. The inferred spectrum from the latest EPTA data from new generation observing systems is rather uncertain and in mild tension with the common signal measured in the full data set. However, if the spectral index is fixed at 13/3, the two data sets give a similar amplitude of (2.5±0.7)×10−15 2.5±0.7)×10−15 at a reference frequency of 1 yr−1 1yr−1. By continuing our detection efforts as part of the International Pulsar Timing Array (IPTA), we expect to be able to improve the measurement of spatial correlations and better characterise this signal in the coming years.
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