Le “bourdonnement cosmique” : à la recherche des ondes gravitationnelles de l’univers.

Un bruit de fond d’ondes gravitationnelles est attendu depuis longtemps. les ondes gravitationnelles se forment lorsque des objets compacts,comme les trous noirs,fusionnent. LIGO et Virgo, des détecteurs d’ondes gravitationnelles situés aux États-Unis et en Italie, ont déjà enregistré des dizaines d’événements de ce type. Les trous noirs impliqués sont relativement légers, contenant environ la masse de notre soleil jusqu’à environ dix masses solaires.

Nous connaissons également des trous noirs dont la masse est des millions ou des milliards de fois supérieure à celle du soleil, rendus publics par les images des trous noirs supermassifs au centre de notre galaxie, la Voie lactée, ou de la galaxie M 87, grâce au télescope Event Horizon. Lorsque des trous noirs de cette taille fusionnent, ils devraient également émettre des ondes gravitationnelles. Et comme il existe des milliards de galaxies, dont beaucoup interagissent les unes avec les autres, la somme de toutes les ondes émises devrait créer un bruit de fond.

LIGO et Virgo n’observent pas ce fond d’ondes gravitationnelles.En raison des masses beaucoup plus importantes des trous noirs, ces ondes gravitationnelles ont des fréquences de nanohertz, ce qui correspond à des longueurs d’onde de l’ordre de l’année-lumière. LIGO et Virgo sont conçus pour des fréquences comprises entre 1 et 100 hertz, soit des fréquences des milliards de fois supérieures. Pour les ondes gravitationnelles dont la longueur d’onde est de l’année-lumière,il faut des détecteurs de la taille d’une année-lumière. De tels détecteurs n’existent pas sur Terre. Au lieu de cela, nous pouvons utiliser des observations radioastronomiques. C’est l’idée du Pulsar-Timing-Array.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des faisceaux d’ondes radio à intervalles très réguliers. Ces faisceaux balaient l’espace un peu comme le faisceau d’un phare. Si un tel faisceau frappe la Terre, nous mesurons une impulsion radio à chaque rotation. Certains pulsars tournent avec une régularité extrême, comparable à celle d’une horloge atomique. Les astronomes utilisent ces pulsars comme des points de référence dans l’espace.Si une onde gravitationnelle traverse la Terre, elle déforme l’espace-temps, ce qui affecte légèrement le temps d’arrivée des impulsions des pulsars.

En mesurant avec précision le temps d’arrivée des impulsions d’un grand nombre de pulsars, les scientifiques peuvent rechercher des schémas spécifiques qui indiquent la présence d’ondes gravitationnelles. L’idée est que les ondes gravitationnelles affectent tous les pulsars d’une certaine manière. En analysant les données de nombreux pulsars, il est possible de distinguer le signal des ondes gravitationnelles du bruit de fond.

Les premiers résultats sont prometteurs. Les données actuelles indiquent un signal entre 3 et 4 sigma. une signification de 5 sigma est considérée comme le seuil de la découverte. Une certitude de 5 sigma signifierait que la probabilité que le signal soit une valeur aberrante aléatoire n’est que de 1 sur 3,3 millions. La prochaine étape consistera à analyser ensemble les données de tous les réseaux de synchronisation de pulsars.L’espoir est que les ensembles de données combinés élèveront la mesure au-dessus de 5 sigma. Le fond d’ondes gravitationnelles n’est pas encore prouvé, mais on s’en approche.

L’espoir secret est que la combinaison des ensembles de données soit possible en 2025. C’est peut-être trop optimiste. Si nous pensons voir un signal, nous voulons être sûrs à 100 % d’avoir vérifié tous les défauts possibles.

La plupart du temps est passé devant des ordinateurs à analyser des données. Outre le travail de programmation, il y a aussi beaucoup d’attente : une telle analyze sur notre cluster de calcul prend entre une demi-semaine et deux semaines.Il est donc significant de planifier efficacement le temps. Environ tous les deux mois,des observations sont effectuées au radiotélescope.Là aussi, on est assis devant l’ordinateur, car le télescope est situé en Australie et est contrôlé d’ici via un site web. Un élément essentiel de la routine quotidienne est également la machine à café, non seulement pour le café, mais aussi parce que c’est un lieu de rencontre pour les discussions au sein du groupe de travail, où de très bonnes idées peuvent naître.

L’astronomie a toujours été passionnante. une conférence sur la théorie de la relativité générale a eu une influence. Son concept était extrêmement fascinant et mathématiquement incroyablement élégant. En même temps, c’était précisément le moment où LIGO a découvert les premières ondes gravitationnelles. C’est donc la captivation pour la théorie et les mathématiques,ainsi que les circonstances locales,qui ont conduit aux ondes gravitationnelles.Bien sûr, l’atmosphère incroyablement agréable et familiale de notre groupe de travail a également contribué à cela.