De Stephen Hawking à Jean Pierre Petit : Trous noirs et ondes gravitationnelles (qui frappent une deuxième fois)

Vidéo intéressante qui peut expliquée la méthode Keshe

19JUIN

Cette fois c’est définitif : les ondes gravitationnelles sont (re)confirmée .

(Rappel des derniers développements récents: Ondes gravitationnelles : encore une prédiction d’Einstein confirmée ! et Les ondes gravitationnelles détectées un siècle après avoir été prédites)

En effet , un second signal a été détecté par les interféromètres Ligo en décembre 2015 . 

Que sont les ondes gravitationnelles chers lecteurs ? 

Comme je l’ai rapporté récemment et c’était Historique : « Les trous noirs n’existent pas !!! » (Selon Stephen HAWKING – Jean pierre PETIT) 

Apres avoir déclaré que les « trous noirs n’existent pas », ce qui est absolument révolutionnaire pour la science moderne – une révolution (qui a débuté dans les 70’s par JPP) a pris une autre envergure cette année avec Stephen Hawking qui a déclaré : « Il n’y a pas de trous noirs »  dans la revue NATURE (entre autres)

Autant vous dire que c’est un coup de tonnerre absolu dans le monde de la cosmologie : le modèle standard de la cosmologie s’effondre, c’était bien du FLANC .

A la place,la proposition radicale de Hawking est  qu’un « horizon apparent » beaucoup plus bénin, qui ne détient que temporairement la matière et l’énergie prisonniers avant de finalement les relâcher, quoique sous une forme plus brouillée .

Hawking qui va même plus loin sur les « trous noirs », rappelez vous : 

Incroyable – Les trous noirs sont ‘franchissables’ et mèneraient à … des univers parallèles !!! (Stephen Hawking) 

« Si vous tombez dans un trou noir, n’abandonnez pas. Il y a une sortie »

Par ailleurs rappelez vous – Selon l’astrophysicien Jean pierre Petit , les trous noirs ce sont des étoiles à Neutrons qui arrivent au niveau critique de 3.3 masses solaires, et qui en relâchant l’exés de matière reçu de leur étoile compagnon  ,  empêchent toute lumière de s’échapper, car l’énergie nécessaire dépasse la masse absolue et donc le photon (ou lumière …) en s’échappant, dépense plus d’énergie qu’il n’a de masse ( redshift gravitationnel )  et le photon consomme toute son énergie . L’énergie à fournir pour permettre à une masse m de la quitter dépasse mc2 . Donc aucun objet ne peut s’en échapper. Et c’est valable aussi pour les photons, qui ont une énergie hV. Eux aussi perdent de l’énergie pour quitter une masse. »  (Cf Vous connaissez les trous noirs, mais qu’est ce qu’un « trou blanc » ?)

De l’autre coté, il faut aussi comprendre le « Spin » – C’est très simple : Un astre qui tourne sur lui même dégage une énergie provoquée par la force centrifuge . On pourrait comparer le spin à une toupie qui emmagasine l’énergie électromagnétique dans l’univers électrique. (cf la vidéo de Nassim Haramein à Paris, voir dans le menu recherche à droite) 

Mais l’énergie dégagée n’est pas suffisante pour dégager des ondes gravitationnelles perceptibles à de longues distances. Ce n’est qu’arrivé au stade de 3.3 masse solaire que la fluctuation (ou déformation) spatio temporelle devient réellement perceptible . 

Ainsi plus la masse est grande plus la distorsion spatio temporelle l’est .  (Einstein – E = MC 2) . 

C’est pourquoi si on prend 2 trous noirs (dont la masse est énormissime et qui dépassent largement 3.3 masses solaires) , une partie de la masse totale des deux objets , en l’occurence, qui contenaient chacune environ 30 fois la masse du Soleil, est convertie en ondes gravitationnelles qui nous sont perceptibles. 

Et que nous pouvons désormais détecter avec nos instrument . (Ce fut la cas grâce aux interféromètres Ligo en décembre 2015)

C’est une révolution (nous pouvons remonter aux origines de l’univers)

Donc, Les ondes gravitationnelles viennent de frapper une deuxième fois .

Pour illustrer (et pour que vous puissiez mieux comprendre) voici Le Monde :

Et de deux ! Pour la seconde fois, des détecteurs très particuliers ont tremblé sur Terre lors du passage de secousses venues de l’espace : des ondes gravitationnelles. Ces dernières sont des vibrations de l’espace-temps équivalentes aux vaguelettes créées par la chute d’un caillou à la surface d’un lac et sont décrites par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

Selon Futura Sciences :

Un second signal détecté par les interféromètres Ligo en décembre 2015 est interprété par l’équipe, en collaboration avec celle de Virgo, l’homologue européen, comme le résultat de la fusion de deux trous noirs. C’est donc la deuxième détection de ce genre après le coup de tonnerre de février dernier, qui reposait sur une observation de septembre 2015.

Ça y est, des ondes gravitationnelles ont été détectées. Ces fluctuations de l’espace-temps proviennent de la fusion de deux trous noirs d’environ 30 fois la masse de notre Soleil. Découvrez dans cette vidéo comment les scientifiques de Ligo ont pu effectuer ces premières mesures.

Ça y est, des ondes gravitationnelles ont été détectéesCes fluctuations de l’espace-temps proviennent de la fusion de deux trous noirs d’environ 30 fois la masse de notre Soleil. Découvrez dans cette vidéo comment les scientifiques de Ligo ont pu effectuer ces premières mesures.

Le 11 février 2016, les membres de la collaboration Ligo aux États-Unis annonçaient, conjointement avec les membres de la collaboration Virgo en Europe, que le détecteur d’ondes gravitationnelles eLigo avait permis la première détection directe sur Terre des ondulations se propageant dans la courbure de l’espace-temps. Elles avaient été prédites presque 100 ans auparavant par Albert Einstein. Leur existence ne faisait plus de doute depuis des décennies grâce à la découverte de certaines étoiles à neutrons. En effet, les calculs menés notamment par le physiciens français Thibault Damour (à qui on doit une BD sur le Mystère du Monde quantique) et ses collègues, dans les années 1980, avaient permis de rendre compte de la diminution annuelle de la période de l’orbite d’un pulsar binaire (PSR B1913+16 ) révélée et mesurée par les prix Nobel de physique Hulse et Taylor. Les deux astres perdaient de l’énergie en émettant des ondes gravitationnelles, ce qui faisait diminuer lentement mais de plus en plus rapidement la taille et donc la période de leur orbite. Il ne s’agissait que d’une signature indirecte, mais convaincante, de l’existence de ces ondes (voir les réflexions sur son blog de Futura-Sciences d’Aurélien Barrau).

La détection du signal baptisé GW150914 s’était produite de façon totalement inattendue le 14 septembre 2015. Son analyse a montré qu’il provenait des derniers évènements survenant quand deux trous noirs de masse stellaire formant un coupe binaire se rapprochent en suivant une spirale puis fusionnent en un seul astre compact. Une partie de la masse totale des deux objets, qui contenaient chacune environ 30 fois la masse du Soleil, a été convertie en ondes gravitationnelles. Pour se donner une idée de l’énergie qu’un tel évènement représente, on peut imaginer que si ces ondes gravitationnelles avaient été des ondes électromagnétiques, alors la source de la collision observée en septembre 2015 aurait parue dans notre ciel plus lumineuse que la pleine Lune. Pourtant, l’évènement s’est produit à environ 1,3 milliard d’années-lumière de la Voie lactée…

Les ondes gravitationnelles sont des déformations de l’espace-temps prédites par Einstein. Il serait possible de les mesurer avec des outils appropriés. L’éditeur Dunod a interviewé Pierre Binétruy, professeur au laboratoire Astroparticule et Cosmologie de l’université Paris-Diderot, afin d’en savoir plus sur ces mystérieuses ondes et sur la façon dont on pourrait les détecter. © Dunod

Deux trous noirs stellaires de 8 et 14 masses solaires

Les chercheurs n’espéraient de la nouvelle version plus sensible du détecteur Ligo qu’elle permette d’observer aussi rapidement une telle fusion, et surtout pas celle de trous noirs aussi massifs. Cette belle surprise laissait augurer bien d’autres détections. De fait, les membres des collaborations Ligo et Virgo qui avaient déjà joint leurs efforts pour analyser le signal de GW150914 viennent d’annoncer que le 26 décembre 2015, une autre onde gravitationnelle produite par la fusion de deux trous noirs avaient été mise en évidence.

Logiquement appelée GW151226 (GW pour Gravitational Wave et 151226 pour la date de détection), la source de ce signal se situe à 1,4 milliard d’années-lumière de la Terre. Il est plus faible que celui de GW150914 car il provient d’un système binaire dont les deux trous noirs pesaient 8 et 14 masses solaires. Ces masses sont plus conformes aux attentes des astrophysiciens qui étudient théoriquement et observationnellement les trous noirs provenant de l’effondrement des étoiles.

La détection des ondes gravitationnelles, la première ayant été annoncée le 11 février, est le fruit d’une véritable prouesse technologique. Les détecteurs Ligo et Virgo doivent pouvoir repérer des mouvements infinitésimaux, de l’ordre du milliardième de la taille d’un atome ! © CNRS

De nouveaux tests pour la physique et une nouvelle fenêtre sur le cosmos

Une nouvelle astronomie gravitationnelle est donc bel et bien en train de naître grâce aux travaux des pionniers que sont Ronald Drever, Kip Thorne et Rainer Weiss, lesquels viennent d’ailleurs de se voir attribuer un million de dollars (876.000 euros) par la Fondation du Prix de physique fondamentale qui signale et récompense également les travaux théoriques de deux chercheurs français, Luc Blanchet et Thibault Damour. Il semble difficile d’imaginer que certains de ces noms ne sont pas sérieusement considérés pour un Nobel de physique avant 2020.

Que pourrait nous apprendre cette nouvelle astronomie ? Déjà de nouvelles choses sur la physique de la gravitation et de possibles extensions de la théorie d’Einstein. Dans le cas de GW151226, les trous noirs étant plus légers, leur rapprochement a été moins rapide, de sorte que le signal a duré plusieurs secondes, contre moins de 0,5 seconde pour le précédent, ce qui veut dire que le nombre d’orbites observées a été plus grand. De ce fait, les contraintes posées sur de la nouvelle physique sont plus fortes. On pourrait bien découvrir aussi que la matière noire se présente souvent sous forme de trous noirs binaires, et bien d’autres choses encore, comme nous l’avait expliqué dans une interview Pierre Binétruy.

Avec le prix Nobel de physique George Smoot, le chercheur vous invite à participer à un Hangout du Mooc Gravity! dont le thème portera sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles. Il sera retransmis en anglais ce jeudi 16 juin à 21 h 00 (heure de France métropolitaine). Même si vous n’êtes pas inscrits à cette session du cours en anglais Gravity! vous pouvez dès à présent poser vos questions sur le site du cours et sur Twitter en utilisant le hashtag #FLGravity.

Inspiral, merger, ringdown : ce sont les noms anglais des trois étapes qui ont conduit deux trous noirs à se rapprocher en décrivant une spirale, suite à des pertes d’énergies sous forme d’ondes gravitationnelles, puis à entrer en collision pour finalement donner un seul trou noir. L’horizon des évènements de l’objet compact final a vibré, telle une cloche frappée, en émettant des ondes gravitationnelles. Les courbes montrent les signaux détectés par les deux interféromètres Ligo, à Handford et à Livingston, aux États-Unis, le 14 septembre 2015. Le 26 décembre 2015, un signal très similaire produit par un même scénario astrophysique a été détecté par Ligo. © Ligo, NSF, Aurore Simonnet
Inspiral, merger, ringdown : ce sont les noms anglais des trois étapes qui ont conduit deux trous noirs à se rapprocher en décrivant une spirale, suite à des pertes d’énergies sous forme d’ondes gravitationnelles, puis à entrer en collision pour finalement donner un seul trou noir. L’horizon des évènements de l’objet compact final a vibré, telle une cloche frappée, en émettant des ondes gravitationnelles. Les courbes montrent les signaux détectés par les deux interféromètres Ligo, à Handford et à Livingston, aux États-Unis, le 14 septembre 2015. Le 26 décembre 2015, un signal très similaire produit par un même scénario astrophysique a été détecté par Ligo. © Ligo, NSF, Aurore Simonnet

Une représentation d'artiste d'ondes gravitationnelles se propageant dans le tissu de l'espace-temps et rayonnées par un couple de trous noirs spiralant l'un vers l'autre. Ce mouvement leur fait perdre de l'énergie, et c'est elle qui s'échappe sous forme d'ondes. © K. Thorne (Caltech)-T. Carnahan (Nasa GSFC)

Le « caillou » cosmique qui a ridé la surface de l’espace-temps

Cette secousse n’a duré qu’une seconde, mais c’était suffisant pour déterminer quel « caillou » cosmique a ainsi ridé la surface de l’espace-temps et touché les deux détecteurs avec 1,1 milliseconde de décalage. Comme pour le premier événement, il s’agit de deux trous noirs en rotation à très grande vitesse l’un autour de l’autre et qui finissent par fusionner pour former un nouveau trou noir.

Ce nouveau-né, après l’agitation de la naissance, cesse de vibrer comme une cloche et n’émet plus d’ondes gravitationnelles. De telles masses et de telles vitesses sont suffisantes pour agiter l’environnement cosmique jusqu’à le sentir sur Terre, même plus d’un milliard d’années après que l’événement a eu lieu.

Les deux masses en jeu sont de 7,5 et 14 fois celles du Soleil et l’objet résultant ne pèse que 20,8 fois plus que notre étoile, la masse perdue ayant été emportée par l’onde gravitationnelle sous forme d’énergie. Les deux trous noirs se tournant autour sont plus légers que ceux annoncés en février, qui faisaient 29 et 36 fois la masse du Soleil. Ils étaient donc plus difficiles à repérer. Quelque 55 spirales avant la fusion ont été enregistrées contre une dizaine dans le premier cas. Malheureusement, comme pour le premier duo, l’endroit de cette valse dans l’Univers est mal défini car deux capteurs ne suffisent pas à indiquer précisément la région d’origine.

La fréquence de tels phénomènes est plus grande qu’attendu

Une troisième secousse a également été enregistrée le 12 octobre 2015, mais elle n’est pas attribuée à une onde gravitationnelle, faute de précision suffisante. « Aucun autre candidat de couple de trous noirs de masse comprise entre 4 et 100 fois celle du Soleil n’a été trouvé jusqu’à la fin de la prise de données en janvier 2016 », écrivent les chercheurs, dans leur article de Physical Review Letters paru le 15 juin. Cependant, ils estiment d’ores et déjà que la fréquence de tels phénomènes est plus grande qu’attendu, de l’ordre d’un par mois.

En conclusion, ils confirment que « cette première période d’observation annonce l’ouverture de l’astronomie par ondes gravitationnelles ». Ces détecteurs, à partir de l’automne, vont en effet se transformer en véritables télescopes, repérant des événements totalement invisibles jusqu’alors, puisque les trous noirs par définition ne rayonnent pas de lumière. A ce moment, le détecteur Virgo se sera refait une jeunesse pour être aussi précis que LIGO. A trois, de concert, ils pourront trianguler les événements et repérer plus précisément leur origine dans le ciel.

Un détecteur d’ondes gravitationnelles géant

Ce sera aussi l’époque où l’Agence spatiale européenne peaufinera son projet de détecteur d’ondes gravitationnelles géant, eLISA. Il devrait fonctionner dans l’espace avant 2030 avec des bras laser de plus d’un million de kilomètres, contre 3 à 4 kilomètres sur Terre. Une première expérience LISA Pathfinder (LPF), lancée en décembre 2015, a dévoilé début juin des résultats meilleurs que prévu concernant la faisabilité technique d’un tel projet.

Dans la ligne de mire d’eLISA, il y aura des trous noirs dits supermassifs, dotés d’une masse de l’ordre d’un million de fois celle du Soleil et qui tournent relativement lentement. Le détecteur verra aussi les mêmes couples que ceux observés par LIGO, mais des mois avant leur fusion, durant leur longue danse en duo.

 

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