Les scientifiques ont découvert que l’Univers bourdonnait de rayonnement gravitationnel, un grondement à très basse fréquence qui étire et comprime rythmiquement l’espace-temps et la matière qui s’y trouve. C’est la première vérification de l’existence d’ondes gravitationnelles de fond cosmique ou de très basses fréquences. Jusqu’à présent, l’hypothèse la plus convaincante suggère que ce bruit de fond est causé par des collisions entre des trous noirs supermassifs abyssaux et d’immenses galaxies.
Une collaboration internationale de scientifiques dirigée par l’Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, soutient dans une nouvelle étude récemment publiée dans The Astrophysical Journal Letters qu’il existe des preuves irréfutables de la présence d’un fond d’ondes gravitationnelles à basse fréquence (GWB), qui s’étend dans tout le cosmos. Les chercheurs pensent que le signal provient d’une population de binaires de trous noirs supermassifs (SMBH), répartis dans tout l’Univers.
Pulsations extrêmement précises et paires de trous noirs supermassifs
15 ans d’observations de pulsars millisecondes, des étoiles à neutrons en rotation rapide qui maintiennent une fréquence de pulsation précise au dixième de milliseconde, ont confirmé la présence d’ondes gravitationnelles à basse fréquence. La découverte a été rendue possible grâce aux travaux de l’Observatoire nord-américain des nanohertz pour les ondes gravitationnelles (NANOGrav), qui a soigneusement observé ces pulsars à l’intérieur et autour de la Voie lactée.
L’équipe NANOGrav soutient dans la nouvelle étude que le bourdonnement est probablement produit par des centaines de milliers de paires de trous noirs supermassifschacun pesant des milliards de fois la masse de notre Soleil. Tout au long de l’histoire de l’Univers, ces trous noirs colossaux se sont suffisamment rapprochés pour fusionner, tout comme les gigantesques galaxies qui les contiennent, dans une danse cosmique qui a fini par produire le fond de ondes gravitationnelles qui pourrait être détecté.
« Si nous confirmons définitivement qu’il s’agit de binaires, alors ce sera la première fois que nous aurons vérifié que des binaires ou des paires de trous noirs supermassifs existent, ce qui est un grand casse-tête pour la science depuis plus de 50 ans », a-t-il déclaré dans un communiqué. déclaration. communiqué de presse le physicien Luke Zoltan Kelley, l’un des principaux auteurs de l’étude. De cette manière, à la vérification du fond des ondes gravitationnelles à basse fréquence, s’ajouteraient les preuves sur les binaires de trous noirs supermassifs, qui pourraient également être plus importantes que ce qui est prédit par les théories actuelles : individuellement, ils atteindraient 40 000 ou 60 000 millions de masses solaires.
Vibrations accumulées dans le temps
Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe a produit des simulations de populations de trous noirs supermassifs binaires contenant des milliards de sources et a comparé les signatures d’ondes gravitationnelles prédites avec les observations NANOGrav les plus récentes. Ils ont découvert que la danse orbitale des trous noirs avant de fusionner fait vibrer l’espace-temps: Au cours des 13,8 milliards d’années d’histoire de l’Univers, ces vibrations ont produit des ondes gravitationnelles, qui se chevauchent aujourd’hui de la même manière que les ondes produites en laissant tomber une pierre dans un étang, générant le bourdonnement de fond cosmique.
Le ondes gravitationnelles détecté pour la première fois par l’observatoire d’interféromètre laser à ondes gravitationnelles (LIGO) en 2015. Mais ce sont des fluctuations de courte longueur d’onde dans l’espace-temps, qui ont été causées par la fusion de trous noirs plus petits, pesant des centaines de masses solaires. En reconnaissant qu’il y a fluctuations plus longuescouvrant des périodes d’années à des décenniesles scientifiques se sont demandé s’ils pouvaient aussi être causés par des trous noirs, mais en l’occurrence beaucoup plus gros.
Étant donné que les longueurs d’onde de ces ondes gravitationnelles sont mesurées en années-lumière, leur détection a nécessité une «collection» de pulsars millisecondes, qui ont fonctionné comme une énorme «antenne» pour que NANOGrav fasse sa découverte. Bien que de nouvelles observations soient encore nécessaires pour confirmer cette théorie, des simulations de fusions de galaxies suggèrent que les trous noirs supermassifs binaires seraient courantspuisque les trous noirs centraux de deux galaxies fusionnantes devraient couler ensemble, vers le centre de la plus grande galaxie.
Référence
L’ensemble de données NANOGrav de 15 ans : Contraintes sur les binaires de trous noirs supermassifs à partir de l’arrière-plan des ondes gravitationnelles. Luke Zoltan Kelley, Gabriella Agazie et al. Les lettres du journal astrophysique (2023). DOI : https://www.doi.org/10.3847/2041-8213/ace18b