Maggio 18, 2022

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la coppia Terre-Lune pourrait servir de détecteur géant

Chaque fois qu’une nouvelle bande spectrale s’est ouverte dans le domaine des onde elettromagnetiche versare l’astrofisico, il en a résulté de nouvelles découvertes. Su peut citer à cet égard les debuts de la radioastronomie et de l’astronomia X qui ont permis de découvrir les quasarles étoiles a neutroni et les premiers candidats au titre de tro noir. Su peut donc s’attendre à des révélations simili avec l’astronomia gravitationnelle.

I rivelatori Ligo et Vergine permesso d’esploratore le spettro des onde gravitazionali avec des frequenze comprende en gros entre 1 et 1.000 Hz. En combinant ces osservazioni avec des instruments opérant avec des ondes éelectromagnétiques pour faire de l’astronomie multimessager, il a de plus été possible de vérifier certi modi pouvant rendre compte de certi sursauts gamma, en l’occuriles faisirence ceven’ à neutrons se manifestant aussi sotto la forma de kilonovae.

Une autre bande spectrale, avec des fréquences plus bass allant de 10−5 Hertz à 1 Hertz sera accessibile avec la mission eLisa dans l’espace et elle devrait être bavarde sur les missioni d’ondes gravitationnelles faisant intervenir des trous noirs supermassifs. Mais il faudrait pour cela attendre l’horizon des années 2030…

…Ou peut-être pas pour une partie de cette bande car on pense pouvoir utiliser les pulsar de la Voie latte dans la bande de 1 à 100 nHz dans le cadre notamment de la collaboration Osservatorio nordamericano di nanohertz per le onde gravitazionali (NANOGrav) o bis celle de l’Matrice di temporizzazione Pulsar europea (Epta).

Une autre perspective similaire, dans un domaine autour du microhertz () se profile égallement à l’horizon comme on peut s’en convaincre avec deux publications à consulter en accès libre sur arXiv. Elles ne sont pas sans rappeler un peu une idée mise avant il ya bien des années et dont Futura avait déjà parlé dans le précédent article ci-dessous.

Cinquante e dopo il primo passo di Neil Armstrong, gli strumenti schierati sulla luna per la missione Apollo 11 sont toujours utilisés par des scientifiques français. Grâce aux panneaux réflecteurs posés sur le sol lunaire, ils misura la distanza qui separe notre Planète de son satellite. À la clef, de précieux enseignements sur la rotazione de la Lune o la composizione de son noyau. © CNRS

Des trous noirs supermassifs à la cosmologie primordiale

Pour comprendre de quoi il en retourne, il faut rappeler que les ondes gravitationnelles sont des déformations périodiques de l’espace-temps qui se comporte comme un milieu élastique. Il passaggio d’une onde gravitationnelle va donc étirer et compressr de façon oscillante l’espace et donc les distances que peut parcourir un rayon de lumiere et tout simplement aussi étirer et compressr un corps matériel.

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Oppure il se trouve que, depuis environ 50 ans et à la suite du program Apollo et de l’arrivée des rovers lunaires soviétiquesil esistere des rétroréflecteurs sur la superficie de notre satellite capaci di renvoyer directement dans leur direction d’incidenza dei laser ad impulso. Su peut donc calculer très précisément la distanza Terre-Lune en mesurant sur Terre le temps d’aller-retour des impulsions lasers.

C’est ce que font depuis bien des années des équipes de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides – IMCCE (Observatoire de Paris – PSL / CNRS / Sorbonne Université) et du laboratoire la station Géoc aveur telemetria laser Lune dell’Osservatorio della Costa Azzurra, impianto sull’altopiano di Calern. Cela leur permet de calculer le movimento orbital et rotationnel de la Lune avec une incertitude de l’ordre du centimètre sur 10 ans.

O il se trouve que les astrofisici relativistes ont démontré par le calcul que la combinaison aléatoire des ondes gravitationnelles dans le domaine autour du microhertz, Issue de bien des sources dans le cosmos observable et qui constitue une sorte de bruit de fond stocastico come les expert le nomment, peut faire évoluer les paramètres orbitaux du système Terre-Lune.

Il passaggio de ces ondes transformerait donc ces deux corps ha scelto célestes en une sorte de corps matériel oscillant de façon en partie aléatoire mais avec une signature sfruttabile permettant d’affirmer que l’on voit bien l’influence des ondeset leset pavitationnel a paramètres orbitaux de ces corps celestes. Il faut pour cela combiner les equazioni de la mécanique céleste en relativité avec des ondes gravitationnelles et la célèbre équation de Fokker-Planck initialement Employée pour décrire le mouvement brownien mais qui a d’autres applications en physique article unhar physique connues depuis longtempsé du en astro ci en astroProblemi stocastici in fisica e astronomia).

Non seulement les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs binari seraient ainsi détectables mais égallement d’autres sources plus esotici vieni una transizione di fase du premier ordre dans le contenu de l’Univers très primordiale.

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La Terre pourrait servir à détecter des onde gravitationnelles

Articolo de Laurent Sacco pubblicato il 18/03/2014

Une fraction du bruit sismique à l’échelle de la Terre pourrait en théorie provenir du fond d’ondes gravitationnelles produites par des sources dispersées dans le cosmos. Il serait donc possible d’observer et de mesurer ce fond avec le réseau global de sissometres. L’idée a été avancée il ya des décennies par le fisico Uomo libero Dyson. Elle a été mise en pratique à nouveau récemment.

Uomo libero Dyson a recemment fêté ses 90 ans. C’est l’un des esprits les plus originaux du XXe siecle. Élève du célèbre mathématicien Godfrey Hardy a Cambridge e ammiratore del Trattato logicofilosofico de Ludwig Wittgenstein, il s’est tout d’abord fait un nom en théorie quantique des champs. Il fut en effet le premier à comprendre l’importance et le bien-fondé des travaux de Richard Feynman sur l’quantico elettrodinamico relativiste, dont il donna une form plus rigoureuse. Cela lui a permis de décrocher un poste à vie à l’université de Princeton sans même avoir un doctorat.

Ses contributi scientifiques ont ensuite porté sur des domaines très variés. Un esempio è un membro importante del progetto Orioneun vaisseau spaziale qui aurait été propulsé par des esplosioni nucléaires, et su lui doit le concept de sfera di Dyson. Deux chercheurs viennent de remettre au goût du jour une brillante idée que Dyson a eue en 1969. Elle concerne la théorie de la relatività generale.

Le barre di Weber

À l’époque, l’astrophysique relativiste a gagné ses lettres de noblesse avec la découverte des quasardelle pulsar et du fossile di rayonnement. On est en plein renouveau des études portant sur la relatività generale, et on start à prendre très au sérieux le concept de trou noir. L’une des predictions de la relativité générale parmi les plus importantis est celle de l’existence d’ondes gravitationnelles. Il fisico Joseph Weber s’est attelé à la tâche de leur détection dès les années 1960. Pour cela, il a utilisé des barres métalliques en alluminio pesant environ une tonne, places sous vide et isolées autant que faire se peut des sources de vibrazioni terrestri. Su le appelle aujourd’hui des barre di Weber.

En principe, si une onde gravitationnelle de forte intensité issue d’un phénomène astrophysique violent (comme la collision de deux trous noirs) traversait le Sistema solare, elle devrait faire vibrer les objets matériels e deformante la struttura de l’espace-temps. L’effet est très faible, et il faut s’assurer que les barres métalliques que l’on utilizzano soient vraiment bien isolées. Weber a pensé à plusieurs riprende avoir détecté des ondes gravitationnelles, mais il s’agissait d’erreurs. De nos jours, su les chasse avec des détecteurs géants comme Vergine e Ligoqui reposent sur un principe de détection différent : la mesure de franges d’interferenza con i laser.

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Les résultats sont pour le moment negativités, et ils posent des bornes sur les intensités et les bande di frequenza où l’ont pourrait détecter des ondes gravitationnelles. Il faudra très probablement en passer par il progetto e Lisa pour que décolle vraiment l’astronomie gravitationnelle. Toutefois, en 1968, Dyson avait fait remarquer qu’il existe un détecteur géant et naturel d’ondes gravitationnelles : la Terre.

Fond d’ondes gravitationnelles cosmologics

La Terre peut en effet être comparée à un corps élastique en rotation capace di vibrare e rispondere al passaggio d’une onde gravitationnelle. Dyson s’était demandé si ces vibrazioni pouvaient donner un segnale clair sous form d’onde sismiche registrabili par des sissometres. Compte tenu des incertitudes de l’époque, ses calculs montraient que ce n’était peut-être pas impossibili avec des frequences de l’ordre du hertz.

Michael Coughlin dell’Università di Harvard (Cambridge, Massachusetts) e Jan Harms dell’Università di HarvardIstituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a Firenze, in Italia, ont utilisé le réseau global moderne de sismomètres pour étudier à nouveau cette question. Il s’agissait pour eux d’estimer cette fois-ci le bruit de fond d’onde gravitazionali en provenance de tout le cosmos dans une bande de fréquences comprende entre 0,05 et 1 Hz.

Malheureusement, ils n’ont rien trouvé. Ils n’ont fait que poser une nouvelle limite sur le bruit de fond dans cette bande de fréquences. Elle n’est pas très contraignante si on la compare à celles posées sur d’autres bandes. Mais comme les chercheurs l’expliquent dans un article sur arxivelle représente une miglioramento di un fatto dell’ordine di miliardi per rapporto à la borne précédente pour la même bande de fréquences.

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