Les astronomes utilisant des données simulées ont produit un aperçu du ciel tel qu’il apparaîtrait dans les ondes gravitationnelles, des ondulations cosmiques dans l’espace-temps générées par des objets en orbite. L’image montre comment les observatoires spatiaux d’ondes gravitationnelles dont le lancement est prévu au cours de la prochaine décennie amélioreront notre compréhension de notre foyer galactique.
Depuis 2015, les observatoires au sol ont détecté une centaine d’événements représentant la fusion de systèmes associant des trous noirs de masse stellaire, des étoiles à neutrons, ou les deux. Les signaux durent généralement moins d’une minute, ont des fréquences relativement élevées, peuvent apparaître n’importe où dans le ciel et leurs sources se trouvent bien au-delà de notre galaxie.
« Des systèmes binaires remplissent également la Voie lactée, et nous nous attendons à ce que beaucoup d’entre eux contiennent des objets compacts comme des naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs sur des orbites étroites », a déclaré Cecilia Chirenti, chercheuse à l’Université du Maryland, College Park, et Centre de vol spatial Goddard de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Mais nous avons besoin d’un observatoire spatial pour les « entendre », car leurs ondes gravitationnelles bourdonnent à des fréquences trop basses pour les détecteurs au sol. »
Les astronomes appellent ces systèmes UCB (ultracompact binaires) et ils s’attendent à ce que les futurs observatoires comme LISA (Laser Interferometer Space Antenna), dirigé par l’ESA (Agence spatiale européenne) en collaboration avec la NASA, en détectent des dizaines de milliers. Les UCB sont généralement difficiles à repérer : ils sont généralement faibles à la lumière visible, et les astronomes n’en connaissent actuellement qu’une poignée avec des périodes orbitales inférieures à une heure. Découvrir de nombreuses nouvelles UCB est l’un des principaux objectifs de LISA.
Regardez les ondes gravitationnelles d’une population simulée de systèmes binaires compacts se combiner pour former une carte synthétique du ciel entier. De tels systèmes contiennent des naines blanches, des étoiles à neutrons ou des trous noirs sur des orbites étroites. Des cartes comme celle-ci utilisant des données réelles seront possibles une fois que les observatoires spatiaux d’ondes gravitationnelles deviendront actifs au cours de la prochaine décennie. Les points plus clairs indiquent les sources avec des signaux plus forts et les couleurs plus claires indiquent celles avec des fréquences plus élevées. Des taches colorées plus grandes montrent des sources dont les positions sont moins connues. L’encadré montre la fréquence et la force du signal gravitationnel, ainsi que la limite de sensibilité du LISA (Laser Interferometer Space Antenna), un observatoire actuellement conçu par l’ESA (Agence spatiale européenne) en collaboration avec la NASA pour un lancement dans les années 2030. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
À l’aide de données simulant la distribution attendue et les signaux d’ondes gravitationnelles de ces systèmes, l’équipe a développé un moyen de combiner les données pour obtenir une vue panoramique du ciel des UCB de la galaxie. UN papier Publié dans Le journal astronomique décrit la technique.
« Notre image est directement analogue à une vue globale du ciel dans un type particulier de lumière, comme les rayons visibles, infrarouges ou X », a déclaré Ira Thorpe, astrophysicien de Goddard. « La promesse des ondes gravitationnelles est que nous pouvons observer l’univers d’une manière totalement différente, et cette image le rappelle vraiment. J’espère qu’un jour je pourrai voir une version réalisée avec de vraies données LISA sur une affiche ou un T-shirt. »
Plus d’information:
Kaitlyn Szekerczes et al, Imagerie de la Voie lactée avec des ondes gravitationnelles millihertz, Le journal astronomique (2023). DOI : 10.3847/1538-3881/acd3f1