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Mise à jour 16 Mars 2022.

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF

D’Alexandre LE TIEC

Astrophysicien du LUTH Obs de Paris Meudon

L’ASTRONOMIE GRAVITATIONNELLE ?
DERNIÈRES NOUVELLES DES VIBRATIONS DE L’ESPACE-TEMPS

Organisée par la SAF

En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF

Le Mercredi 9 Mars 2022 à 19H00

 

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

La présentation est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2021/2022 ; elle s’appelle : LeTiec-SAF-Mars2022.pdf

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

 

La vidéo de la réunion est accessible :  

 https://www.youtube.com/watch?v=oTOLwrvE8hM&ab_channel=Soci%C3%A9t%C3%A9AstronomiquedeFrance

 

Tous les autres enregistrements sont accessibles sur la chaine YouTube SAF.

 

 

 

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La salle commence à se remplir malgré les dernières appréhensions du Covid, nous étions aussi 94 sur YouTube. Merci de votre fidélité.

 

 

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Alexandre Le Tiec appartient au LUTH : Laboratoire Univers et Théories, situé à Meudon.

 

Il est spécialisé dans la théorie de la gravitation au sein de l’équipe Relativité et objets compacts du LUTH .

 

Sa thèse : Coalescence de trous noirs en relativité générale & Le problème de la matière noire en astrophysique soutenue en 2010, sous la direction de Luc Blanchet que nous connaissons bien à la SAF.

 

Post Doc au Maryland Center for Fundamental Physics.

 

Prix Chandrasekhar en 2013

 

Depuis au LUTH, spécialisé dans les Ondes Gravitationnelles.

 

 

 

Sa conférence débute par des rappelles sur l’espace-temps et les Onges Gravitationnelles.

 

 

ESPACE, TEMPS ET ESPACE-TEMPS ET ONDES GRAVITATIONNELLES.

 

Notions très classiques pour nos spectateurs, je passe vite, le pdf étant très clair.

 

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La gravitation est la manifestation de la courbure de l’espace-temps par la masse et l’énergie de la matière

 

Une onde gravitationnelle est une vibration dans la courbure de l’espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière.

 

Les ondes gravitationnelles (OG) sont des perturbations dans la courbure de l'espace-temps (ET).

Elles traduisent la dynamique de l'espace-temps et sont dues à l'accélération de la matière, elles se propagent à la vitesse de la lumière.

Il y a une différence avec les ondes électromagnétiques qui sont des perturbations du champ électromagnétique qui se propagent DANS l'espace-temps, alors que les OG sont des ondes DE l'espace-temps lui-même.

Ce sont un peu comme les vagues à la surface d’un étang.

 

 

 

Elles interagissent très peu avec la matière et de ce fait peuvent nous parvenir de régions très denses et très lointaines de l'Univers. Du fait de la faible interaction elles sont difficiles à détecter.

Elles sont produites suite à l’action d’évènements très violents comme des trous noirs, des étoiles à neutrons, des binaires de TN etc..

 

Voir cette animation.

 

Effets dus au passage d'une OG :

Il se produit des variations de longueur dues au passage de cette OG; mais elles sont infiniment petites :

L'amplitude de cette OG est de 10-21!!!!!

Il y a à la fois contraction et élongation comme on le voit sur cette animation tirée de Einstein on-line.

Ces vibrations de l’espace-temps ont été prédites par la Relativité Générale d’Einstein, il y a 100 ans.

 

Pour détecter les OG, nous avons mis au point des détecteurs très particuliers.

 

Le principe de détection est basé sur l’interférométrie Laser, on mesure la déformation (minime 10-21 !!!) de la longueur des bras.

Si une OG intervient, la longueur des bras varie et des interférences se produisent lors de la recomposition des signaux.

 

Ce sont les instruments LIGO (deux aux USA), VIRGO (en Italie) et KAGRA (au Japon) qui sont pour le moment en service ou vont l’être bientôt.

 

Leur gamme de fréquences de détection : 10Hz à 1000Hz.

 

 

QUELQUES EXEMPLES TROUS NOIRS ET ETOILES À NEUTRONS.

 

De nombreuses animations nous sont présentées, en voici quelques-unes.

 

https://youtu.be/p647WrQd684

 

La première détection : le 14 sept 2015.  https://youtu.be/QyDcTbR-kEA

vidéo :

 

 

 

 

Vidéo : https://youtu.be/Zt8Z_uzG71o

La coalescence d’une binaire de TN.

vidéo :

 

 

 

 

 

Deux trous noirs ont fusionné ce jour-là.

 

LIGO a détecté un signal dû à la coalescence de ces deux trous noirs, aboutissant à la fusion de ceux-ci.

 

Les TN tournant l’un autour de l’autre, leurs orbites se rétrécissent et le mouvement s’accélère ; en émettant des ondes gravitationnelles de fréquence de plus en plus hautes. C’est la spirale infernale jusqu’à la fusion des deux TN.

 

 

Le signal détecté a duré 5 secondes et sa puissance correspond à l’énergie de 3 masses solaires.

 

 

 

 

Simulation de la fusion : https://youtu.be/_GhkWuIDzpc

 

vidéo :

 

Un évènement de première grandeur.

• Première détection directe d’ondes gravitationnelles

• Preuve la plus robuste de l’existence des trous noirs

• Découverte du premier système binaire de trous noirs

• Premier test de la générale en champ fort

 

 

Et maintenant les étoiles à neutrons : l’évènement du 17 Aout 2017

 

Il faut remarquer que le signal correspondant à la coalescence d’objets compacts est d’autant plus court que l’objet est massif.

Ce qui veut dire que pour des étoiles à neutrons (moins massives que les TN), le signal détecté sera relativement long.

 

Voici la comparaison de la longueur des signaux

https://youtu.be/bIS8hd5EIAI

 

vidéo :

 

 

 

Il faut noter que la coalescence des objets compacts que ce soit des étoiles à neutrons ou des trous noirs, est toujours accompagnée, de l’émission des sursauts gamma (GRB en anglais) qui permet de localiser approximativement l’évènement dans le ciel, grâce aux télescopes spatiaux comme Swift, Integral ou Fermi et terrestres.

 

 

Comme on le voit sur ce schéma.

 

 

 

 

 

 

 

 

C’est enfin l’utilisation de l’astronomie multi messager.

 

 

 

 

L’ASTRONOMIE GRAVITATIONNELLE.

 

 

De nombreux détecteurs terrestres devraient être mis en service dans les prochaines années en plus des existants.

Existants 

·         LIGO (2 sites aux USA)

·         VIRGO en Italie

·         KAGRA au japon (site Kamiokande)

Futurs :

·         GEO 600 à Hanovre en Allemagne

·         LIGO India

 

On espère pouvoir détecter près d’une centaine d’évènements par an dans quelques années.

 

Les détections actuelles permettent de présenter les découvertes sur ce graphique.

 

 

Graphique des différentes masses (échelle verticale logarithmique en masses solaires) des récents évènements gravitationnels (TN, en bleu et étoiles à neutrons en jaune) des détections LIGO/VIRGO. Crédit : LIGO-Virgo/Aaron Geller/Northwestern.

 

 

NOUVEAUX TYPES DE DÉTECTEURS.

 

Projet ET (Einstein Telescope) de l’Europe.

Il devrait être situé 300 m sous terre, ce sera l’objet de ce consortium rassemblant de nombreux organismes scientifiques européens.

Il devrait être beaucoup plus grand que Ligo ou Virgo et surtout près de dix mille fois plus sensible. Il comprendrait de multiples interféromètres de 10 km de long. Détection aussi en présence d’une température proche de 10 K.

Sa localisation n’est pas encore décidée, il devrait voir le jour vers 2030.

 

Pourquoi sous terre ?

Pour éliminer la plupart des vibrations humaines et climatiques.

 

On est encore dans la phase de faisabilité du projet.

 

 

Bien entendu le projet spatial LISA.

 

Le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna – projet NASA et ESA) a le même objectif, mais doit se passer dans l'espace entre 3 satellites en orbite solaire circulaire, formant un triangle de            2,5 millions de km de côté.

 

Il sera sensible a des déplacements très inférieurs à la taille d'un atome. Au passage d’une onde gravitationnelle, le satellite se déplacera par rapport aux autres comme un navire au passage d’une vague.

 

Le lancement est prévu dans une dizaine d'années.

 

Dessin : crédit ESA.

 

 

Un démonstrateur technologique le LISA Pathfinder (éclaireur en anglais) a été lancé avec succès et fonctionne parfaitement.

 

On pourrait suivre avec LISA la fusion de trous super massifs. Mais beaucoup d’autres applications sont aussi envisageables.

 

 

L’ASTRONOMIE GRAVITATIONNELLE MULTI-BANDES.

 

 

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Je reprends la conclusion d’Alexandre Le Tiec :

·         Les ondes gravitationnelles sont des oscillations de courbure qui se propagent dans l’Univers à la vitesse de la lumière

·         Ces ondes sont générées lors de l’accélération de grandes concentrations de masse

·         Les systèmes binaires d’astres compacts sont des sources d’ondes gravitationnelles particulièrement prometteuses

·         Les détecteurs interférométriques d’ondes gravitationnelles sont capables de mesurer d’infimes variations de longueur

·         Des ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de couples de trous noirs et d’étoiles à neutrons ont été détectées

·         Ces découvertes historiques inaugurent une nouvelle ère en astronomie, celle de l’astronomie gravitationnelle

 

Merci pour cette passionnante conférence !!

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Trous noirs et OG : CR conf SAF (Cosmologie) de N Deruelle du 30 Sept 2017

 

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

 

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

 

GW1509014: LIGO Detects Gravitational Waves de Simulating eXtreme Spacetimes. Site plein de vidéos!

 

Il y a du Nobel dans l’air : Les ondes gravitationnelles sont mises en évidence

 

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

 

Site de Einstein Telescope.

 

Le futur télescope Einstein sera capable de détecter un million d'ondes gravitationnelles par an !

 

LISA Pathfinder :.Un succès au-delà des espérances !

 

LISA et LISA Pathfinder chez APC.

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 13 Avril 2022 à 19H00  au CNAM amphi Grégoire (220 places).

« Les débris spatiaux : problèmes et solutions »

Par Christophe BONNAL du CNES Direction des lanceurs  Résa > 10 Mars

.  Réservation comme d’habitude ou à la SAF directement.

Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF Sinon à suivre en direct : https://youtu.be/dEYzUxHXLIg

 

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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