La propagation de ondes gravitationnelles à travers la matière pourrait révéler les ondulations de l’espace-temps générées par la Big Bang.
Deux physiciens du plasma ont utilisé la propagation des ondes électromagnétiques à travers le plasma comme analogue des ondes gravitationnelles, en concevant un ensemble d’équations qui décrivent ce qu’il faut rechercher lorsque les ondes gravitationnelles traversent les étoiles et le gaz dans les profondeurs de l’espace.
Ces signes pourraient révéler les ondes gravitationnelles insaisissables qui voyagent dans l’espace au-delà de notre capacité étroite à les détecter – les ondes géantes à basse fréquence générées par la collision d’ondes supermassives trous noirsle plus petit bourdonnement généré par les binaires naines blanches en orbite, et le tintement colossal de l’expansion de l’Univers, quelques fractions de seconde seulement après le Big Bang.
“Nous ne pouvons pas voir l’Univers primitif directement, mais peut-être pouvons-nous le voir indirectement si nous regardons comment les ondes gravitationnelles de cette époque ont affecté la matière et le rayonnement que nous pouvons observer aujourd’hui”, dit le physicien Deepen Garg de l’Université de Princeton.
Les ondes gravitationnelles qui ont ondulé à la suite d’une collision entre deux trous noirs de masse stellaire ont été les premières détecté par l’homme en 2015sur une distance de 1,4 milliard d’années-lumière. Prédites pour la première fois par Einstein, les ondes gravitationnelles sont un peu comme des ondulations dans un étang : l’espace-temps lui-même s’étire et se contracte à cause de la perturbation gravitationnelle causée par un événement massif.
L’instrument qui a détecté ces ondes n’était donc pas un télescope, mais un réseau de précision de lasers et de miroirs qui réagit à la déformation de l’espace-temps, produisant un motif que les scientifiques peuvent déchiffrer pour déterminer les caractéristiques de la source des ondes gravitationnelles. Mais la technologie est limitée : actuellement, nous ne pouvons détecter les ondes gravitationnelles que dans la masse stellaire. trou noir et étoile à neutrons régime de collision.
Autres sources d’ondes gravitationnelles sont innombrables, mais actuellement – et peut-être juste – hors de portée. Mais Garg et son collègue, le physicien Ilya Dodin du Princeton Plasma Physics Laboratory, ont réalisé au cours de leurs recherches sur la fusion plasma qu’il pourrait y avoir une autre façon de voir ces ondes actuellement cachées.
La fusion plasma pourrait un jour être une source d’énergie alternative et propre pour alimenter le monde, mais il reste encore beaucoup à faire. Les scientifiques ont notamment besoin d’un modèle détaillé décrivant la façon dont les ondes électromagnétiques traversent le plasma. Et il s’avère que cela devrait être extrêmement similaire à la façon dont les ondes gravitationnelles se déplacent à travers la matière.
“Nous avons essentiellement mis des machines à ondes plasma pour travailler sur un onde gravitationnelle problème,” Garg explique.
Selon les travaux du duo, la propagation des ondes gravitationnelles à travers la matière devrait produire un signal détectable – des changements, par exemple, dans la lumière produite par les étoiles, ou de vastes nuages de gaz dans les espaces entre les étoiles.
Cela pourrait non seulement révéler des ondes gravitationnelles qui dépassent actuellement nos capacités de détection, mais aussi donner aux scientifiques un nouvel outil pour étudier les étoiles. Par exemple, les caractéristiques du signal lumineux généré par les ondes gravitationnelles dans les étoiles pourraient changer en fonction de la structure interne et de la densité de l’étoile.
Étant donné que les manigances intérieures des étoiles sont assez difficiles à voir, les ondes gravitationnelles pourraient être un nouvel outil puissant dans le kit pour ce domaine de l’astronomie. Les travaux de l’équipe pourraient également s’avérer utiles dans les événements d’ondes gravitationnelles que nous pouvons détecter : les fusions de trous noirs de masse stellaire et d’étoiles à neutrons.
En d’autres termes, le couple semble avoir identifié ce qui pourrait s’avérer être une nouvelle façon multifonctionnelle et indispensable de comprendre le cosmos. La prochaine étape, disent-ils, sera de l’utiliser pour essayer d’analyser des données réelles.
“Je pensais que ce serait un petit projet de six mois pour un étudiant diplômé qui impliquerait de résoudre quelque chose de simple”, Dodin dit. “Mais une fois que nous avons commencé à approfondir le sujet, nous avons réalisé que très peu de choses étaient comprises sur le problème et que nous pouvions faire un travail théorique très basique ici.”
La recherche a été publiée dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules.