Une équipe de physiciens théoriques a proposé une nouvelle façon de tester l’une des prédictions les plus intrigantes de la théorie d’Einstein de relativité générale: mémoire gravitationnelle.
Cet effet fait référence à un changement permanent du tissu de l’univers causé par le passage des ondulations spatio-temporelles appelées ondes gravitationnelles. Bien que ces vagues aient déjà été détecté Par des observatoires tels que l’interféromètre laser Observatoire d’ondes gravitationnelles (LIGO) et l’interféromètre Virgo, l’empreinte persistante des vagues reste insaisissable.
Les chercheurs suggèrent que le fond micro-ondes cosmique – une légère lueur restante du Big bang – pourrait porter les signatures de puissantes ondes gravitationnelles à partir de fusions de trou noir lointain. L’étude de ces signaux pourrait non seulement confirmer la prédiction d’Einstein, mais aussi faire la lumière sur certains des événements les plus énergiques de l’histoire de l’univers.
« L’observation de ce phénomène peut nous fournir plus de connaissances sur différents domaines de la physique ». Miquel Miravet-Tenésun doctorant à l’Université de Valence et co-auteur de l’étude, a déclaré à Live Science par e-mail. « Puisqu’il s’agit d’une prédiction directe de la théorie de la relativité générale d’Einstein, son observation servirait de confirmation de la théorie, tout comme l’observation des ondes gravitationnelles par LIGO, VIRGO et KAGRA (le Kamioka Graval Wave Detector) a fait! trou noir collisions. «
Comment les ondes gravitationnelles laissent une marque sur le cosmos
Selon la relativité générale, les objets massifs déformant l’espace-temps peuvent générer des ondulations qui voyagent à travers l’univers vitesse de la lumière. Ces ondes gravitationnelles surviennent lorsque des corps massifs s’accélèrent, comme lorsque deux trous noirs SPURAL DE RETOUR ET MANGE.
Contrairement aux ondes ordinaires qui traversent la matière et la laissent inchangée, les ondes gravitationnelles peuvent modifier définitivement la structure de l’espace-temps lui-même. Cela signifie que tous les objets qu’ils traversent, y compris les particules de lumière élémentaires connues sous le nom photonspeut subir un changement durable de vitesse ou de direction. En conséquence, la lumière voyageant à travers le cosmos pourrait transporter un souvenir d’événements à ondes gravitationnelles passées imprimées dans ses propriétés.
Les chercheurs ont exploré si cet effet pouvait être observé dans le fond des micro-ondes cosmiques – un champ de rayonnement relique qui se déplace dans l’espace car l’univers n’était qu’une fraction d’un pour cent de son âge actuel. Des changements subtils dans la température de ce rayonnement pourraient contenir des indices sur les ondes gravitationnelles des anciens fusions de trou noir.
« Nous pouvons apprendre beaucoup de choses, » Kai Hendriksun doctorant à l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et un autre co-auteur de l’étude, a déclaré à Live Science dans un e-mail. « Par exemple, la mesure de la mémoire gravitationnelle dans un signal d’onde gravitationnel nous donne plus d’informations sur les propriétés des deux trous noirs qui ont produit ce signal; à quel point ces trous noirs étaient lourds ou à quelle distance ils sont de nous. »
Mais les implications s’étendent au-delà des fusions de trou noir individuelles. Si l’empreinte de la mémoire gravitationnelle peut être détectée dans le fond micro-ondes cosmique, il pourrait révéler si des trous noirs supermassifs ont fusionné plus fréquemment dans l’univers précoce qu’aujourd’hui. Cela pourrait offrir de nouvelles informations sur la façon dont les galaxies et les trous noirs ont évolué au cours de la période cosmique.
Mesurer l’empreinte
Pour déterminer si l’effet de mémoire pourrait être détecté, l’équipe a calculé comment les fusions de trou noires influencent le fond micro-ondes cosmique. Leur analyse a montré que ces événements violents devraient laisser des changements mesurables dans le rayonnement de fond, avec la force du signal en fonction de la façon dont les trous noirs étaient massifs et de la fréquence à laquelle de telles fusions se sont produites tout au long de l’histoire.
Bien que les télescopes actuels capables de détecter le rayonnement micro-ondes, comme le satellite Planck, aient cartographié le fond micro-ondes cosmique en détail exquis, les changements de température provoqués par la mémoire d’onde gravitationnelle devraient être extrêmement faibles – de l’ordre d’un milliard de degré. Cela les rend difficiles à observer avec la technologie existante. Cependant, les futurs télescopes avec une plus grande sensibilité peuvent être en mesure de détecter ces distorsions subtiles, offrant une nouvelle façon de sonder les influences gravitationnelles invisibles qui ont façonné l’univers.
Affiner les modèles pour les futurs tests
Bien que l’étude démontre que la mémoire d’onde gravitationnelle devrait laisser une trace dans le fond micro-ondes cosmique, les chercheurs reconnaissent que leurs calculs étaient basés sur des hypothèses simplifiées. Des modèles plus raffinés seront nécessaires avant que des prédictions définitives puissent être faites.
Par exemple, l’équipe a initialement supposé que tous les trous noirs qui fusionnent avaient la même masse, alors qu’en réalité, leurs masses peuvent varier considérablement. Les trous noirs supermassifs varient de quelques millions à des dizaines de milliards de fois la masse du soleilce qui signifie que leur influence sur le fond micro-ondes cosmiques diffèrera également. La prise en compte de cette variation sera importante dans les études futures.
« En ce moment, l’effet que nous étudions est incroyablement subtil. Cependant, il est possible que dans certaines régions du ciel, cela puisse être inattendu », a déclaré Hendriks. « Pour explorer cela, nous avons besoin de modèles plus avancés qui prennent en compte toute l’évolution de l’univers. Donc, pas une tâche facile! Mais cela pourrait nous rapprocher de la détection de cette empreinte cosmique et de découvrir de nouvelles informations sur l’évolution de l’univers. »
