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Un nouveau pas vers la détection du fond d'ondes gravitationnelles grâce aux pulsars

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Un nouveau pas vers la détection du fond d'ondes gravitationnelles grâce aux pulsars

Mercredi, 08/12/2021 - 07:45 0 commentaire
Un nouveau pas vers la détection du fond d'ondes gravitationnelles grâce aux pulsars zoom

Une collaboration scientifique européenne impliquant des chercheurs de l’Observatoire de Paris – PSL, du CNRS et de l’Université d’Orléans, annonce la détection d'un "signal prometteur" qui pourrait être lié au fond d'ondes
gravitationnelles, tel que produit par des couples de trous noirs supermassifs en phase spiralante. L’étude représente une étape importante dans la recherche des ondes gravitationnelles à l’aide des pulsars.

Les ‵‵Pulsar Timing Arrays" (PTA) sont des réseaux de pulsars, dont la rotation très stable est utilisée comme détecteur d'ondes gravitationnelles à l'échelle galactique. Les signaux de pulsars sont notamment sensibles aux ondes de très basse fréquence, dans le régime du milliardième de hertz. Cette technique permet d'élargir les modes de détection des ondes gravitationnelles actuellement observées aux hautes fréquences (centaines de hertz) par les détecteurs terrestres LIGO/Virgo/Kagra.

Alors que les détecteurs au sol étudient les collisions de courte durée entre des trous noirs de masse stellaire et des étoiles à neutrons, les PTA permettent d’étudier les ondes gravitationnelles telles que celles émises par des couples de trous noirs supermassifs, lesquels se rapprochent lentement en spiralant au centre des galaxies. La superposition de l'ensemble des signaux émis par la population totale de ces binaires forme ce qu'on appelle un fond d'ondes stochastique.

Combinés entre eux en mode LEAP (pour "Large European Array for Pulsars"),  Les pulsars sont des petites étoiles de 20 à 30 km de diamètre, aussi massives que le Soleil et en rotation très rapide. Le faisceau de rayonnement issu des pôles magnétiques des pulsars tourne autour de leur axe de rotation et est observé sous forme d'impulsions régulières lorsque celles-ci traversent notre champ de vision, comme le faisceau lumineux d'un phare lointain.

« Nous pouvons mesurer de très petites fluctuations dans les temps d'arrivée sur Terre du signal radio des pulsars, causées par la déformation de l'espace-temps due au passage d'une onde gravitationnelle de très basse fréquence », explique Siyuan Chen, chercheur au Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'Espace (CNES / CNRS / Université d’Orléans) et à la Station de radioastronomie de Nançay (Observatoire de Paris – PSL / CNRS / Université d’Orléans), coauteur principal de l'étude.

En pratique, ces déformations se manifestent comme des sources de bruit à très basse fréquence dans la série des temps d'arrivée observés des impulsions radio, un bruit qui est partagé par tous les pulsars d’un réseau PTA. Cependant, l'amplitude de ce bruit est extrêmement faible (estimée entre quelques dizaines et quelques centaines de milliardièmes de seconde) et s'il n'était détecté que pour un pulsar particulier, on pourrait l'imputer à de nombreux autres effets possibles.

L'European Pulsar Timing Array a ainsi identifié un "signal prometteur", tel que celui produit par des couples de trous noirs supermassifs en phase spiralante, qui pourrait être lié au fond d'ondes gravitationnelles, recherché depuis longtemps, à très basse fréquence, de l'ordre du milliardième de hertz.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

CNRS

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