Résumé :
Lorsqu'un événement astronomique extrême se produit dans l'univers au cours duquel deux trous noirs entrent en collision et fusionnent, le trou noir nouvellement formé, plus grand, tremblera comme une cloche en laiton frappée ou une corde de guitare pincée, et libérera des ondulations d'ondes gravitationnelles à mesure qu'il se stabilisera progressivement. Pendant longtemps, la communauté astronomique a été limitée par les méthodes d’observation et d’analyse, et ne peut souvent capter que le ton principal le plus fort, tandis que les faibles réverbérations qui le suivent sont cachées dans le bruit.
Récemment, une équipe de recherche de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni a publié ses derniers résultats dans Physical Review Letters. Ils ont développé une nouvelle technologie capable d'identifier et de cataloguer les caractéristiques de « sonnerie » des fusions de trous noirs avec une grande précision, ouvrant ainsi une nouvelle façon de tester la théorie de la relativité générale d'Einstein dans l'environnement gravitationnel le plus extrême de l'univers.
En physique, les vibrations caractéristiques émises par les trous noirs dans l'étape « Ringdown » après la collision sont appelées « modes quasinormaux ». Ces fréquences de tremblement sont entièrement déterminées par la masse et la rotation du nouveau trou noir, équivalentes à « l’empreinte digitale des ondes gravitationnelles » unique du trou noir. En mesurant avec précision ces modèles, les scientifiques peuvent non seulement reconstruire les propriétés fondamentales des trous noirs fusionnés, mais également vérifier l'applicabilité de la théorie d'Einstein dans les limites de champs gravitationnels puissants. Cependant, outre les vibrations de fréquence fondamentale, de nombreuses harmoniques plus faibles et à atténuation rapide ont été extrêmement difficiles à identifier directement, et les cercles universitaires sont depuis longtemps en désaccord sur la durée d'existence et la composition spécifique de ces modes.
Afin de surmonter ce problème, le premier auteur, Richard Dyer, de l'Institut d'astronomie de l'Université de Cambridge, et son collaborateur, le Dr Christopher Moore, ont construit un cadre d'analyse systématique basé sur les données et basé sur l'analyse statistique bayésienne. Cette méthode évalue systématiquement divers types de données probantes pour déterminer l’explication physiquement plausible la plus raisonnable du signal observé. L’équipe de recherche a appliqué cette technologie à un ensemble de données publiques très précises de simulations numériques de fusions de trous noirs. À la limite théorique permettant de mesurer clairement les ondes gravitationnelles, ils ont mené avec succès une étude approfondie de divers modes de collision de trous noirs sous différents rapports de masse et configurations de spin.
Les résultats de l'analyse montrent que cette méthode a non seulement réussi à extraire la fréquence fondamentale des sonneries des trous noirs et les « harmoniques » qui disparaissent rapidement (Overtones), mais a également capturé avec précision le « mode non linéaire » qui était auparavant difficile à trouver. Ce mode est une vibration composite produite par l’interaction de deux ou plusieurs fréquences fondamentales. L'effet physique est similaire aux harmoniques complexes jouées par une guitare électrique sous une forte distorsion.
L'équipe de recherche a souligné que l'étape de chute de cloche est l'une des fenêtres les plus puissantes permettant aux humains de détecter directement la nature des trous noirs. Cette nouvelle technologie fournit non seulement une référence théorique claire pour résoudre des controverses de longue date en matière de reconnaissance de formes, mais améliorera également considérablement les capacités d'interprétation des données des détecteurs d'ondes gravitationnelles existants (tels que LIGO et Virgo) et des observatoires spatiaux et terrestres de nouvelle génération (tels que le télescope européen Einstein et la mission LISA). En identifiant les fréquences précises des formes d'onde qui devraient être recherchées dans différents scénarios de collision, les physiciens seront en mesure de tester à une échelle de précision plus exigeante si les produits de fusion suivent strictement les prédictions des équations de la relativité générale.
Commentaires