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Mise à jour le 2 Octobre 2017

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CONFÉRENCE DE Nathalie DERUELLE

APC : Laboratoire AstroParticule et Cosmologie de l' Université Paris 7

 « AU DELÀ D’EINSTEIN :
TROUS NOIRS ET ONDES GRAVITATIONNELLES
»

Organisée par la SAF

Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI

Le Samedi 30 Septembre 2017 à 15H00 
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.

 

Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire

(Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la commission et également disponible sur ma liaison ftp au téléchargement et s’appelle:
N-Deruelle_SAF-OG.pdf elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2017-2018).

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

Salle archi pleine pour un sujet particulièrement d’actualité !

 

 

 

 

Nathalie Deruelle est Directeur de recherche au CNRS, actuellement membre du laboratoire AstroParticule et Cosmologie de l Université Paris 7-Denis Diderot, et également professeur affilié à l'Institut Yukawa de Kyoto.

Elle a enseigné la relativité générale pendant de nombreuses années à l'École Polytechnique et à l'École Normale Supérieure.

 

Elle a publié Théories de la Relativité (coll. Échelles) en collaboration avec Jean-Philippe Uzan.

 

 

C’est une de nos plus grands spécialistes des ondes gravitationnelles et de la Relativité Générale

 

 

 

 

 

En introduction, Nathalie Deruelle nous parle de la dernière annonce concernant les Ondes Gravitationnelles, la première détection d'ondes gravitationnelles avec les 2 interféromètres LIGO aux USA et l’interféromètre européen Virgo vient d'être annoncée officiellement il y a quelques jours.

 

Cela a déformé légèrement la géométrie des interféromètres de l’ordre de 1/100.000 de la dimension d’un atome, donc quelque chose de l’ordre de 10-18 cm !!

 

L’ORIGINE.

 

Tout vient d’Einstein, même si il ne croyait pas aux Ondes Gravitationnelles.

 

C’est lui qui détrône Newton et Pythagore comme le dit N Deruelle.

 

 

C’est Schwarzschild qui fait faire beaucoup de progrès à la notion de trou noir.

 

Cela mène à l’introduction de l’horizon du trou noir. La frontière (immatérielle) entre le TN et le reste de l’Univers est appelée Horizon des évènements (event horizon en anglais).

 

Le rayon de Schwarzschild est de rayon de la sphère contenant l’horizon des évènements.

 

 

 

 

 

LA DÉCOUVERTE DES TROUS NOIRS.

 

 

Cygnus X1, premier candidat trou noir en 1972. C’est un système binaire X. C’était le résultat d’une géante bleue se faisant avaler par une étoile compacte d’au moins 20 masses solaires.

 

Ce premier candidat fut découvert par le satellite Uhuru, premier satellite US dédié à l’astronomie X. il détecte en 1972 dans la constellation du Cygne une source X très intense soumise à des variations très importantes de fréquence. Ce devait être un corps très petit, et on en vint à formuler l’hypothèse que ce ne pouvait être qu’un Trou Noir.

 

 

 

 

 

 

RAPPEL CONCERNANT LES ONDES GRAVITATIONNELLES (NDLR) :

 

Les ondes gravitationnelles sont une déformation du tissu de l'espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière.

Elles ont été prédites par Einstein en 1916.

 

C'est une manifestation de la courbure de l'espace-temps.

 

Elles sont engendrées par l’accélération de la matière.

 

Une différence avec les ondes électromagnétiques (radio, lumière, IR etc..) qui sont des perturbations de ce champ électromagnétique, les OG sont des ondes le l’espace-temps lui-même.

 

Effet du passage des OG.

 

http://www.planetastronomy.com/special/2016-special/10fev/clip_image022.png

La notion de distance est différente de la notion ordinaire ; en Relativité Générale on préfère la définir comme la mesure du temps aller-retour d’un signal.

 

Ici, la distance L vaut : ½ c(t2-t1)

 

Au passage d’une onde gravitationnelle, la longueur L varie de la quantité « h » appelée amplitude de l’OG.

 

DL/L = h    est de l’ordre de 10-21

 

Quantité si faible qu’elle n’est pas facile à détecter !!

 

Tellement peu facile qu’on peut se demander si elles existent.

 

 

 

Fin du rappel

 

 

LES ONDES GRAVITATIONNELLES.

 

 

Et bien oui, elles existent, cela a été découvert lors de la détection du pulsar binaire de 1974.

 

C'est une étoile à neutrons en rotation rapide et qui émet des signaux radio analogues à un phare dirigé suivant le champ magnétique.

Ce pulsar tourne autour d'une autre étoile, probablement une autre étoile à neutrons.

 

Mais l'axe magnétique du pulsar n'est pas aligné sur l'axe de rotation (comme pour la Terre), ce qui donne des flashes réguliers, d'où le nom de pulsar (pulsating star).

Parfois, les pulses radio peuvent ne pas être réguliers, il se produit un effet Doppler lors du mouvement de l'étoile à neutrons sur son orbite, et si sa vitesse est très rapide, il se produit des effets relativistes.

 

La période du pulsar de 1974 est de 59ms, mais entachée de +/-2ms de variation due à la relativité.

 

On remarque que la précession de ces pulsars (approx 2°/an) est plus forte que celle détectée pour Mercure (43"/siècle) expliquée par la Relativité Générale (RG) d'Einstein.

On pense que cela mènera à une coalescence dans 140 millions d’années.

 

L'explication : le pulsar se déplace dans le champ de gravitation qui varie suivant la position sur l'orbite.

 

Cela a valu un Prix Nobel de Physique en 1993 à R. Hulse & J. Taylor

 

La détection des Ondes Gravitationnelles est un vrai défi comme on le voit sur la diapo ci-contre.

 

Il existe actuellement quelques détecteurs d'OG sur Terre notamment les projets suivants :

 

·        VIRGO franco –italien en Italie (Pise)

·        LIGO américain à Hanford dans l'état de Washington et à Livingston en Louisiane

 

 

La description de l’interféromètre LIGO ou VIRGO a été donnée dans cette conférence de L Blanchet à la SAF.

 

 

 

 

 

 

Décrire le mouvement engendré par le passage des Ondes Gravitationnelles a aussi été une longue marche.

On voit ici une expression « simplifiée » que l’on ne détaillera pas.

 

Signalons la signification de 0PN, 1PN, 2PN etc..

 

Ce sont les approximations post newtoniennes (PN).

Ce sont des méthodes d’approximation permettant de résoudre des problèmes complexes.

 

1,2 ou 3 exprime le degré d’approximation PN.

 

 

 

 

 

Prédire les formes d’onde a aussi été une longue traque :

 

 

De nombreux participants ont fait évoluer cette notion :

 

Kip Thorne

 

Thibault Damour

 

Frans Pretorius

 

 

 

 

 

 

 

 

ET ENFIN LE 14 SEPT 2015 :

 

“Ladies and gentlemen, we have detected gravitational waves, we did it!

A annoncé le professeur David Reitze de LIGO.

 

On a relate cet évènement en long et en large dans ces colonnes. Je n’y reviendrai pas.

 

 

Puis un troisième évènement se produit en Janvier 2017 et un quatrième au mois d’août, et cette fois VIRGO est de la partie quelques semaines avant son arrêt de 18 mois pour maintenance. Annonce du 27 Septembre 2017.

 

 

 

Quelques caractéristiques de ce dernier évènement

Livingston semble être pour le moment le meilleur détecteur sur cette courbe de comparaison.

 

 

 

 

LE FUTUR.

 

De nouveaux interféromètres sont en construction :

·         KAGRA au Japon

·         Indigo aux Indes

·         LISA dans l’espace

 

 

 

 

Il y aurait des rumeurs solides concernant une éventuelle coalescence d’étoiles à neutrons qui aurait été détectée.

 

À priori on devrait en savoir plus de 3 Octobre, donc wait and see….

 

 

 

Je sui sûr que Frédéric Daigne, le prochain conférencier des conférences mensuelles de la SAF devrait nous en dire plus (voir plus bas)

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Trous noirs et ondes gravitationnelles : CR conf SAF d’Éric Gourgoulhon du 10 Fev 2016

 

La détection des ondes gravitationnelles : CR de la conf SAF de Luc Blanchet (Cosmologie) du 28 Mai 2016

 

Les ondes gravitationnelles par A Brillet OCA le 13 Septembre 2005 à l'IAP

 

Première détection directe des ondes gravitationnelles par Nicolas Arnaud du LAL et d’IN2P3

 

Éric GOURGOULHON : Les ondes gravit, messagers de l'invisible; CR conf. du 8 Juillet 2009

 

Historique des trous noirs  ppt de JP Luminet et Alain Mark

 

Black holes : probes of the cosmos and fundamental physics par Frans Pretorius Princeton University

 

Ondes gravitationnelles et trous noirs Thibault Damour

 

Alain Brillet et Thibault Damour, physiciens, lauréats 2017 d'une double médaille d'or du CNRS

 

Analyse des sources de bruit limitant la sensibilité de VIRGO  par slideplayer. Très complet et…complexe.

 

 

 

 

IMPORTANT : COURS DE MATHS POUR COSMOLOGIE

 

Un de nos membres, professeur de Maths, Stéphane Mihajlovic se propose de donner gracieusement des compléments de mathématiques pour ceux qui suivent les cours de Jacques et pour les autres aussi.

Nous en avons discuté lors de cette réunion et vous avez trouvé l’idée intéressante.

Aussi nous allons donner suite s’il y a suffisamment de personnes qui s’inscrivent.

Les jours possibles en semaine sont les mardis ou mercredis

Le programme proposé est celui-ci :

4 thèmes dont un au choix sera retenu.

 I- Les systèmes de particules matérielles en interaction gravitationnelle:

     1) Champs et potentiels, cas du champ gravitationnel newtonien

     2) Les équations de la dynamique (newtonienne)

     3)Applications diverses: systèmes binaires, effets de marée, viriel, polhodie...

II- Éléments de relativité restreinte (RR) et prélude à la relativité générale (RG)

    1)Transformation de Lorentz et géométrie de Minkowski

    2)La dynamique énergétique de la RR

    3)Applications et introduction aux théories métriques de la gravitation

III-Comprendre le formalisme mathématique de la RG

   1)Algèbre linéaire: les tenseurs objets algébriques

   2)Les tenseurs du point de vue du calcul différentiel

   3)Applications en RR et RG

IV-Aperçu de la mécanique de Lagrange et de Hamilton

  1)Les équations de Lagrange et les principes variationnels

  2)Le formalisme hamiltonien

  3)Applications en astrodynamique ou/et en mécanique quantique

Remarque: les thèmes I et II ne nécessitent pas plus de prérequis que le niveau de terminale scientifique démarrer et traiter les exercices proposés. Les thèmes

III et IV sont un peu plus poussés. Ils peuvent néanmoins être conservés puisque je peux toujours reprendre les bases au fur et à mesure mais en contrepartie, le contenu du thème s'en trouvera limité.

 

Nous allons commencer par les thèmes I et II

 

Les personnes intéressées doivent m’envoyer un mail signifiant leur intérêt, on devrait pouvoir débuter fin Octobre début Novembre une fois tous les 15 jours. Stéphane préfère le mardi, donc on commencera par un mardi puis on verra.

J’ai déjà 3 personnes inscrites

 

 

 

 

PROCHAINES RÉUNIONS DE LA COMMISSION DE COSMOLOGIE :

 

Notez dès à présent les dates des prochaines réunions : toujours à 15H au siège 3 rue Beethoven P16

Nous sommes satisfaits de la nouvelle réorganisation de la salle (nous avons maintenant 2 vidéoprojecteurs en cas d’affluence et un micro sans fil et HP). 

Merci d’avance de votre aide.

 

·         Samedi 16 Décembre 2017 à 15H00 : invité : Marco Cirelli du Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Énergies (LPTHE) Jussieu – CNRS  sur : l’état de l’art des recherches de Matière Noire, en détection directe, indirecte et aux collisionneurs.

·         Samedi 17 Février 2018 à 15H00 : invité : à définir

 

 

AUTRES DATES IMPORTANTES :

 

Prochaine conférence mensuelle de la SAF : Vendredi 13 Octobre 19H à TelecomParisTech    Amphi Thévenin

 

CONTREPARTIES LUMINEUSES AUX ONDES GRAVITATIONNELLES

Par Frédéric DAIGNE Astrophysicien IAP

Résumé : Avec la première détection directe d’ondes gravitationnelles en 2015 s’ouvre la possibilité d’une astronomie nouvelle, dite multi-messagers. Il s’agit d’observer pour une même source à la fois les émissions gravitationnelle et lumineuse.

Dans cet exposé, je discuterai la stratégie instrumentale et observationnelle qui doit être mise en œuvre pour atteindre ce but.

Sur le plan théorique, je décrirai quelles sont les sources les plus prometteuses, la coalescence d’un système binaire de deux étoiles à neutrons, et les contreparties lumineuses attendues : sursaut gamma et sa rémanence, kilonova.

Je montrerai qu’en cas de détection, les deux messagers gravitationnel et lumineux seraient très complémentaires et permettraient des progrès significatifs dans la compréhension physique de ces phénomènes extrêmes.

 

Entrée libre mais réservation obligatoire. À partir du 23 sept 2017

 

 

 

Journée des Commissions de la SAF: samedi 9 Juin  à l’École des Mines comme l’année dernière,

 

 

 

Marquez ces dates dans vos agendas

 

 

 

Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie

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