Chaque année, des centaines de milliers de paires de trous noirs fusionnent dans une danse cosmique qui émet des ondes gravitationnelles dans toutes les directions. Depuis 2015, les grands interféromètres au sol LIGO, Virgo et KAGRA ont permis de détecter ces signaux, même si seulement une centaine d’événements de ce type, une fraction infinitésimale du total, ont été observés.
La plupart des ondes restent « indiscernables », superposées et additionnées, créant un signal de fond plat et diffus que les scientifiques appellent le « fond d’ondes gravitationnelles stochastiques » (SGWB).
Nouvelle recherche SISSA, publiée dans Le Journal Astrophysique, propose d’utiliser une constellation de trois ou quatre interféromètres spatiaux pour cartographier le fond plat et presque parfaitement homogène à la recherche d’ondulations. Ces petites fluctuations, connues des scientifiques sous le nom d’anisotropies, contiennent les informations nécessaires pour comprendre la distribution des sources d’ondes gravitationnelles à la plus grande échelle cosmologique.
Les chercheurs sont convaincus que les détecteurs de nouvelle génération, tels que le télescope Einstein et l’antenne spatiale de l’interféromètre laser (LISA), rendront possible la mesure directe du fond des ondes gravitationnelles dans un avenir prévisible.
« La mesure de ces fluctuations de fond, connues plus correctement sous le nom d’anisotropies, continuera cependant d’être extrêmement difficile, car leur identification nécessite un très haut niveau de résolution angulaire que ne possèdent pas les instruments de sondage actuels et de prochaine génération », explique Giulia Capurri, titulaire d’un doctorat SISSA. D. étudiant et premier auteur de l’étude.
Capurri, supervisé par Carlo Baccigalupi et Andrea Lapi, a suggéré que ce problème pourrait être surmonté au moyen d’une « constellation » de trois ou quatre interféromètres spatiaux en orbite solaire et couvrant une distance proche de celle entre la Terre et le Soleil. Avec une séparation croissante, les interféromètres atteignent une meilleure résolution angulaire, améliorant leur capacité à distinguer les sources d’ondes gravitationnelles.
« Une constellation d’interféromètres spatiaux en orbite autour du Soleil pourrait nous permettre de voir de subtiles fluctuations dans le signal de fond gravitationnel, nous permettant ainsi d’extraire des informations précieuses sur la distribution des trous noirs, des étoiles à neutrons et de toutes les autres sources d’ondes gravitationnelles dans l’univers. » dit Capurri.
Suite au succès du test de mission spatiale du projet LISA, il existe actuellement deux propositions pour la création de constellations d’interféromètres spatiaux : l’une européenne, l’observatoire du Big Bang (BBO), et l’autre japonaise, l’interféromètre Deci-hertz Gravitational-wave Observatory (DÉCIGO).
« Il s’agit de l’un des premiers travaux à fournir des prédictions spécifiques de la taille du fond stochastique des ondes gravitationnelles par une constellation d’instruments en orbite autour du Soleil. Avec d’autres projets similaires dont les détails seront publiés en temps voulu, ils seront cruciaux pour développer une conception optimale pour les futurs instruments d’observation qui, nous l’espérons, seront construits et mis en service dans les décennies à venir », conclut Carlo Baccigalupi, professeur de cosmologie théorique au SISSA.
À l’ère de l’astronomie multimessager, qui a commencé avec des interféromètres au sol tels que LIGO et Virgo, le fond d’ondes gravitationnelles pourrait ouvrir la voie à une nouvelle compréhension de l’univers à grande échelle, comme cela s’est déjà produit avec le fond cosmique de micro-ondes. .
Plus d’information:
Giulia Capurri et al, Recherche d’arrière-plans d’ondes gravitationnelles stochastiques anisotropes avec des constellations d’interféromètres spatiaux, Le Journal Astrophysique (2023). DOI : 10.3847/1538-4357/acaaa3