Une nouvelle méthode pour détecter les ondes gravitationnelles

Nouvelles méthodes de détection des ondes gravitationnelles

• En septembre 2015, la première détection directe d’ondes gravitationnelles a changé l’histoire de la physique
• Les ondes gravitationnelles sont des perturbations de l’espace-temps qui traversent l’Univers à la vitesse de la lumière
• La détection des ondes gravitationnelles est devenue courante aux observatoires LIGO et Virgo
• La science des ondes gravitationnelles offre une nouvelle manière d’explorer les lois de la nature et l’histoire de l’Univers
• De nouvelles technologies et de nouveaux instruments de détection des ondes gravitationnelles sont en cours de développement

Réseaux de synchronisation de pulsars : capter des ondes qui durent des décennies

• Depuis le début des années 2000, des radioastronomes tentent d’utiliser l’ensemble de la galaxie comme détecteur d’ondes gravitationnelles
• Les réseaux de synchronisation de pulsars (PTA) détectent les variations de fréquence provoquées par les ondes gravitationnelles
• En 2023, la technologie PTA a commencé à produire des résultats
• Quatre équipes collaboratives d’Amérique du Nord, d’Europe, d’Australie et de Chine ont découvert un motif de fond aléatoire d’ondes gravitationnelles
• Elles cherchent des preuves plus solides grâce à l’intégration et à l’analyse des données

Télescopes micro-ondes : détecter des ondes venues du Big Bang

• En 2014, l’équipe BICEP2 a affirmé avoir détecté des ondes gravitationnelles dans le fond diffus cosmologique (CMB), la lueur résiduelle du Big Bang
• Un nouvel ensemble de télescopes, le Simons Observatory, est en cours d’installation dans le désert d’Atacama au Chili
• Il recherche un motif spécifique en « mode B » dans le CMB
• Cela pourrait constituer une preuve cruciale de la théorie de l’inflation

Interféromètres atomiques : combler l’écart entre les fréquences

• De nombreux projets se concentrent sur la détection d’ondes gravitationnelles de basse fréquence
• Les interféromètres atomiques peuvent détecter des fréquences inférieures à 1 Hz
• À l’université Stanford, un interféromètre atomique à chute de 10 mètres a été développé
• Un interféromètre atomique de 100 mètres est prévu comme banc d’essai

Détecteurs de bureau : monter en fréquence

• Des détecteurs d’ondes gravitationnelles de petite taille sont en cours de développement
• Le Levitated Sensor Detector (LSD) réfléchit un laser entre des miroirs espacés de 1 mètre
• Il existe aussi une idée de détecteur utilisant un condensat de Bose-Einstein (BEC)
• Ils peuvent détecter des ondes gravitationnelles de haute fréquence

Cristaux quantiques : une seule seconde suffit

• Une idée consiste à détecter les ondes gravitationnelles avec des cristaux de diamant dans un état quantique
• Les deux états quantiques du cristal sont séparés de 1 mètre puis recombinés
• Si une onde gravitationnelle passe, les deux états du cristal ne restent plus synchronisés

L’avis de GN⁺

• Les progrès des technologies de détection des ondes gravitationnelles aideront grandement à mieux comprendre l’Univers et les lois de la nature
• La détection d’ondes gravitationnelles sur différentes plages de fréquence permettra d’observer davantage de phénomènes cosmiques
• Les nouvelles technologies permettront à davantage de chercheurs de participer à la recherche sur les ondes gravitationnelles, au-delà des seuls grands laboratoires existants
• Les progrès des technologies de détection des ondes gravitationnelles ouvriront une nouvelle ère pour l’astronomie et la physique
• Lors de l’adoption de nouvelles technologies, il faut prendre en compte les coûts, les limites techniques et la complexité de l’analyse des données

[GN⁺]

Commentaires sur Hacker News

• Les détecteurs d’ondes gravitationnelles de première génération avaient une conception totalement différente des interféromètres actuels

  • L’affirmation de Weber selon laquelle il aurait détecté des ondes gravitationnelles lors de SN1987A en 1987 a été largement réfutée

• En passant d’une bande de fréquences étroite à une plage plus large, il pourrait être possible d’encoder de l’information

  • On se demande si une civilisation très avancée pourrait envisager des communications utilisant les ondes gravitationnelles
  • Nous devrions peut-être réfléchir à la possibilité de chercher un « Hello, world » sur une « fréquence naturelle », comme avec les ondes électromagnétiques

• Il est possible de visiter gratuitement les installations de LIGO

  • J’ai visité l’installation de Hanford il y a quelques années, et j’ai pu faire le tour complet du site avec une présentation
  • C’était une expérience vraiment formidable

• Une nouvelle proposition consisterait à utiliser une sonde déjà planifiée comme détecteur d’ondes gravitationnelles

  • La mission Uranus Orbiter and Probe pourrait détecter des ondes gravitationnelles de l’ordre du microhertz par suivi Doppler
  • Elle pourrait détecter des signaux cosmiques primordiaux et de la matière noire ultralégère

• Il est surprenant qu’il n’y ait aucune mention de LISA

  • Il s’agit d’un détecteur spatial d’ondes gravitationnelles composé de 3 satellites volant à 2,5 millions de km les uns des autres
  • Son lancement est prévu pour 2035

• Je me demande s’il est démontré que la gravité n’existe pas et qu’elle n’est qu’une conséquence géométrique de l’espace-temps

  • Les expériences sur les ondes gravitationnelles montrent que l’espace-temps existe et possède une structure géométrique mesurable
  • Je ne comprends pas non plus pourquoi, en mécanique quantique, on n’a toujours pas trouvé le médiateur de la force gravitationnelle

• Je me demande pourquoi on ne peut pas augmenter la fréquence limite supérieure des méthodes de détection actuelles

  • 1 kHz est une fréquence basse à l’échelle d’un interféromètre
  • Le facteur limitant pourrait être qu’à 1 kHz, la longueur d’onde associée devient plus petite que le trajet de la lumière à l’intérieur de l’interféromètre

• Il existe une méthode intéressante selon laquelle les ondes gravitationnelles pourraient se désintégrer en photons dans un champ magnétique puissant

  • C’est quelque chose que j’ai entendu d’un professeur de physique, et certaines personnes continuent encore d’explorer cette approche

• Je voudrais mentionner la sensibilité de LIGO

  • Détecter des ondes gravitationnelles revient à mesurer, sur la distance entre la Terre et Alpha Centauri, une variation de l’épaisseur d’un cheveu humain
  • Cette technologie ne vise pas simplement à augmenter la sensibilité, mais à détecter différents types d’ondes gravitationnelles
  • Je ne comprends toujours pas vraiment ce que sont l’expansion de l’espace-temps ou les ondes gravitationnelles, mais ce sont des concepts mathématiques complexes

• Je me demande s’il est possible de détecter un événement lié à une fonction d’onde quantique