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.
La salle commence à se remplir malgré les dernières appréhensions
du Covid, nous étions aussi 94 sur YouTube. Merci de votre fidélité.
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.
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..
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.
La première détection : le 14 sept 2015.
https://youtu.be/QyDcTbR-kEA
Vidéo :
https://youtu.be/Zt8Z_uzG71o
La coalescence d’une binaire de TN.
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
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
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.
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
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
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