Les astronomes ont utilisé des données simulées pour cartographier des aperçus d’ondes gravitationnelles dans le ciel, qui sont des ondulations dans l’espace-temps cosmique produites par des objets en orbite. Cette image montre comment les observatoires spatiaux d’ondes gravitationnelles qui devraient être lancés au cours de la prochaine décennie amélioreront notre compréhension de notre Voie lactée.
Les astronomes ont utilisé des données simulées pour cartographier le ciel avec des ondes gravitationnelles, révélant ainsi la nécessité d'observatoires spatiaux pour détecter les systèmes d'étoiles binaires. Les futurs projets comme LISA visent à découvrir des milliers de ces systèmes difficiles à détecter, signalant un changement de paradigme dans l’observation spatiale. (Illustration de l'artiste - voir vidéo de simulation ci-dessous).
Depuis 2015, les observatoires au sol ont détecté une centaine d’événements représentant la fusion de systèmes de trous noirs de masse stellaire, d’étoiles à neutrons ou de paires des deux. Ces signaux durent généralement moins d’une minute, sont de fréquence relativement élevée, peuvent apparaître n’importe où dans le ciel et proviennent de sources bien au-delà de notre galaxie.
Regardez les ondes gravitationnelles d'une population simulée de systèmes d'étoiles binaires compacts se combiner pour créer une image composite du ciel entier. Ces systèmes contiennent des naines blanches, des étoiles à neutrons ou des trous noirs sur des orbites étroites. Une fois que les observatoires spatiaux d’ondes gravitationnelles commenceront à fonctionner au cours de la prochaine décennie, il sera possible de créer de telles cartes à l’aide de données réelles. Les surbrillances indiquent des sources avec des signaux plus forts, les couleurs plus claires indiquent des sources avec des fréquences plus élevées. Des taches de couleur plus grandes indiquent des sources moins clairement localisées. L'encadré montre la fréquence et la force du signal gravitationnel, ainsi que les limites de sensibilité du LISA (Laser Interferometer Space Antenna), un observatoire conçu par l'Agence spatiale européenne (ESA) en collaboration avec la NASA et dont le lancement est prévu dans les années 2030. Source : Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Cecilia Cilenti, chercheuse à l'Université du Maryland, College Park et au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Des systèmes d'étoiles binaires peuplent également la Voie lactée, et nous nous attendons à ce que beaucoup d'entre eux contiennent des objets compacts sur des orbites étroites, tels que des naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs", a déclaré Cecilia Chirenti. "Mais nous avons besoin d'un observatoire spatial pour les "entendre", car la fréquence de leur bourdonnement d'ondes gravitationnelles est trop faible pour que les détecteurs au sol puissent la détecter."
Les astronomes appellent ces systèmes UCB (ultra-small binaires) et ils s’attendent à ce que les futurs observatoires tels que LISA (Laser Interferometer Space Antenna), une collaboration entre l’Agence spatiale européenne (ESA) et la NASA, détectent des dizaines de milliers d’UCB. Les UCB sont souvent difficiles à repérer : ils sont souvent faibles à la lumière visible, et les astronomes ne connaissent actuellement qu'une poignée d'UCB avec des périodes orbitales inférieures à une heure. Découvrir de nombreuses nouvelles UCB est l'un des principaux objectifs de LISA.
Impression artistique de LISA Pathfinder, la mission de l'ESA visant à tester la technologie des futurs observatoires spatiaux d'ondes gravitationnelles. LISA est un observatoire spatial d’ondes gravitationnelles développé sur la base du succès de LISA Pathfinder et LIGO. Source : ESA-C. Carreau
À l’aide de données simulant la distribution attendue et les signaux d’ondes gravitationnelles de ces systèmes, l’équipe a développé une méthode permettant de combiner les données dans une vue panoramique du ciel de la Voie lactée UCB. La technique est décrite dans un article publié dans Acta Astronomica.
"Notre image est directement analogue à l'observation d'une vue panoramique du ciel avec des types de lumière spécifiques, tels que la lumière visible, l'infrarouge ou les rayons X", a déclaré Ira Thorpe, astrophysicien de Goddard. "L'espoir qu'apportent les ondes gravitationnelles est que nous pouvons observer l'univers d'une manière complètement différente, et cette image le démontre vraiment. J'espère qu'un jour je pourrai voir une version réalisée avec de vraies données LISA sur une affiche ou un T-shirt."