Lorsque deux trous noirs entrent en collision pour former un nouveau trou noir plus grand,
ils agitent violemment l’espace-temps autour d’eux, envoyant des ondulations,
appelées ondes gravitationnelles, vers l’extérieur dans toutes les directions.
ils agitent violemment l’espace-temps autour d’eux, envoyant des ondulations,
appelées ondes gravitationnelles, vers l’extérieur dans toutes les directions.
Des études antérieures sur les collisions de trous noirs ont modélisé le comportement
des ondes gravitationnelles à l’aide de ce que l’on appelle les mathématiques linéaires,
ce qui signifie que les ondes gravitationnelles se propageant vers l’extérieur ne s’influencent pas ou n’interagissent pas les unes avec les autres.
Maintenant, une nouvelle analyse a modélisé les mêmes collisions plus en détail et a révélé des effets dits non linéaires.
Les effets non linéaires sont ce qui se passe lorsque les vagues sur la crête de la plage et s’écrasent »,
explique Keefe Mitman, un étudiant diplômé de Caltech qui travaille avec Saul Teukolsky (Ph.D. ’74),
le professeur Robinson d’astrophysique théorique à Caltech avec une nomination conjointe à L’Université de Cornell.
“Les ondes interagissent et s’influencent plutôt que de rouler par elles-mêmes.
Avec quelque chose d’aussi violent qu’une fusion de trous noirs, nous nous attendions à ces effets mais nous ne les avions pas vus dans nos modèles jusqu’à présent.
De nouvelles méthodes pour extraire les formes d’onde de nos simulations ont a permis de voir les non-linéarités.”
La recherche, acceptée pour publication dans la revue Physical Review Letters, provient d’une équipe de chercheurs de Caltech,
de l’Université Columbia, de l’Université du Mississippi, de l’Université Cornell et du Max Planck Institute for Gravitational Physics.
À l’avenir, le nouveau modèle pourra être utilisé pour en savoir plus sur les collisions
réelles de trous noirs qui ont été régulièrement observées par LIGO
(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) depuis qu’il est entré dans l’histoire en 2015
avec la première détection directe d’ondes gravitationnelles à partir de espace.
LIGO se rallumera plus tard cette année après avoir obtenu un ensemble de mises à niveau
qui rendront les détecteurs encore plus sensibles aux ondes gravitationnelles.
Des supercalculateurs sont nécessaires pour effectuer un calcul précis de l’ensemble du signal :
l’inspiration des deux trous noirs en orbite, leur fusion et la stabilisation en un seul trou noir résiduel au repos”,
explique Teukolsky. “Le traitement linéaire de la stabilisation phase a fait l’objet de mon doctorat.
thèse sous Kip il y a pas mal de temps.
Le nouveau traitement non linéaire de cette phase permettra une modélisation plus précise des ondes et éventuellement de nouveaux tests
pour savoir si la relativité générale est, en fait, la bonne théorie de la gravité pour les trous noirs.”
Les simulations SXS se sont avérées essentielles pour identifier et caractériser les près de 100 collisions de trous noirs détectées par LIGO jusqu’à présent. Cette nouvelle étude représente la première fois que l’équipe a identifié des effets non linéaires dans des simulations de la phase de sonnerie.
“Imaginez qu’il y a deux personnes sur un trampoline”, dit Mitman. “S’ils sautent doucement, ils ne devraient pas trop influencer l’autre personne. C’est ce qui se passe quand nous disons qu’une théorie est linéaire. Mais si une personne commence à rebondir avec plus d’énergie, alors le trampoline se déformera et l’autre commencera sentir leur influence. C’est ce que nous entendons par non linéaire : les deux personnes sur le trampoline éprouvent de nouvelles oscillations en raison de la présence et de l’influence de l’autre personne.
En termes gravitationnels, cela signifie que les simulations produisent de nouveaux types d’ondes. “Si vous creusez plus profondément sous les grosses vagues, vous trouverez une nouvelle vague supplémentaire avec une fréquence unique”, explique Mitman.
Dans l’ensemble, ces nouvelles simulations aideront les chercheurs à mieux caractériser les futures collisions de trous noirs observées par LIGO et à mieux tester la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Selon le co-auteur Macarena Lagos de l’Université de Columbia, “C’est un grand pas en avant pour nous préparer à la prochaine phase de détection des ondes gravitationnelles, qui approfondira notre compréhension de la gravité dans ces phénomènes incroyables qui se déroulent aux confins du cosmos. “
