Astronomia gravitațională

Astronomie gravitațională , și astronomia undelor gravitaționale , este ramura de astronomie care arată obiecte cerești din cauza undelor gravitaționale .

Istorie

De unde gravitaționale au fost mai întâi prezis de Albert Einstein la stabilirea teoriei relativității generale , noua teorie care descrie gravitaționale înlocuind teoria stabilită de către Isaac Newton în XVII - lea secol .

În 1974 , Russell Alan Hulse și Joseph Hooton Taylor au descoperit pulsarul binar PSR B1913 + 16 , care constă dintr-un pulsar și o stea însoțitoare invizibilă, dar care este probabil și o stea de neutroni . În 1979, cercetătorii au prezentat măsurători care arată o accelerare slabă a mișcărilor orbitale ale pulsarului. Aceasta a fost prima dovadă că sistemul compus din aceste două mase în mișcare a emis unde gravitaționale. Hulse și Taylor au împărțit Premiul Nobel pentru fizică 1993 „pentru descoperirea unui nou tip de pulsar , o descoperire care a deschis noi posibilități pentru studiul gravitației ” .

Primele detectări

11 februarie 2016, colaborarea LIGO-Fecioară anunță oficial că cele două observatoare LIGO au detectat 14 septembrie 2015a undelor gravitaționale , eveniment numit GW150914 , produs de coalescența a două găuri negre (Fecioara nu a fost detectată, deoarece prin lucrări).

Ulterior, sunt confirmate alte două detecții efectuate de LIGO, în colaborare cu Fecioara: GW151226 , detectat pe26 decembrie 2015și GW170104 , detectat pe4 ianuarie 2017. Un alt semnal, LVT151012 , a detectat12 octombrie 2015nu a fost confirmat. La sfârșitul anului 2018, colaborarea LIGO-Fecioară a anunțat că a detectat un total de 11 evenimente astronomice.

Potențial științific

Astronomia tradițională bazată pe radiația electromagnetică . Astronomia s-a născut odată cu astronomia optică . Odată cu avansarea tehnologiei, a devenit posibilă observarea altor părți ale spectrului electromagnetic , de la unde radio la raze gamma . Fiecare nouă frecvență a adus o nouă perspectivă și a anunțat noi descoperiri. La sfârșitul XX - lea secol , descoperirea neutrinilor solare fondat domeniul neutrino astronomiei , oferind o perspectivă asupra fenomenelor invizibile anterior , cum ar fi lucrările interioare ale soarelui . Observarea undelor gravitaționale oferă un alt mijloc de a face observații grație dezvoltării detectoarelor interferometrice .

Undele gravitaționale oferă informații suplimentare față de cele furnizate prin alte mijloace. Combinând observațiile unui singur eveniment folosind mijloace diferite, este posibil să obțineți o înțelegere mai completă a sursei acelui eveniment. Undele gravitaționale pot fi, de asemenea, utilizate pentru a observa fenomene invizibile (sau dificil de detectat) prin alte metode, cum ar fi măsurarea proprietăților unei găuri negre.

Undele gravitaționale pot fi emise de multe sisteme, dar pentru a produce un semnal detectabil sursa trebuie să fie compusă din obiecte foarte compacte care se mișcă cu o fracțiune semnificativă a vitezei luminii în vid . Sursa principală este un sistem binar de două obiecte compacte . Aceasta include:

Sisteme binare compacte compuse din două obiecte de masă stelară pe orbită apropiată, cum ar fi piticele albe , stelele de neutroni sau găurile negre . Sistemele binare mai mari, care au cele mai scăzute frecvențe orbitale, sunt o sursă pentru detectoare precum LISA . Cele mai apropiate sisteme binare produc un semnal pentru detectoare la sol precum Ligo. Detectoarele de la sol pot detecta potențial sisteme binare care conțin o gaură neagră de masă intermediară sau câteva sute de mase solare .
Supermasive gaură neagră sisteme binare formate din două găuri negre de la 10 5 până la 10 9 mase solare. Găurile negre supermasive se găsesc în centrul galaxiilor . Când galaxiile fuzionează, găurile lor negre supermasive se îmbină și ele. Acestea sunt potențial cele mai puternice surse de unde gravitaționale. Cele mai masive sisteme binare sunt o sursă pentru PTA (in) . Cele mai puțin masive (aproximativ un milion de mase solare) sunt o sursă pentru detectoarele de spațiu, cum ar fi LISA .
Sisteme binare compuse dintr-un obiect compact de masă stelară care orbitează o gaură neagră supermasivă. Acestea sunt surse pentru detectoare precum LISA . Sistemele cu excentricități orbitale mari produc o cantitate mare de unde gravitaționale atunci când cele două obiecte sunt cele mai apropiate; sistemele cu orbite aproape circulare emit în frecvențele detectate de LISA. Aceste sisteme binare pot fi observate pe multe orbite, făcându-le sonde excelente ale geometriei spațiu-timp și permițând teste ale relativității generale .

În plus față de sistemele binare, există și alte surse potențiale:

De supernove generează explozii gravitațional val de înaltă frecvență , care ar putea fi detectate de către CME sau Fecioara .
Cele stelele neutronice sunt surse continue de undă gravitațională de înaltă frecvență în cazul în care acestea au o simetrie axială.
Primele procese ale Universului, cum ar fi inflația cosmică sau o tranziție de fază .
Cele șirurile cosmice ar putea emite de asemenea , undele gravitaționale în cazul în care acestea există.

Undele gravitaționale interacționează doar slab cu materia , motiv pentru care sunt greu de detectat. Ceea ce înseamnă, de asemenea, că pot călători liber prin Univers și nu sunt absorbite sau difuzate ca undele electromagnetice . Prin urmare, este posibil să le folosiți pentru a observa centrul sistemelor dense, cum ar fi nucleul supernova sau centrul galactic . De asemenea, este posibil să vedem mai departe în istoria Universului decât cu radiația electromagnetică, începuturile Universului fiind opace la lumină înainte de recombinare, dar transparente la undele gravitaționale.

Capacitatea undelor gravitaționale de a se deplasa liber prin materie înseamnă, de asemenea, că observatoarele undelor gravitaționale , spre deosebire de telescoape , nu sunt îndreptate către o singură zonă a cerului, ci observă întregul cer. Deoarece observatoarele sunt mai sensibile în anumite direcții, este de aceea avantajos să existe o rețea de observatoare.

Note și referințe

Note

(fr) Acest articol este preluat parțial sau în totalitate din articolul din Wikipedia în engleză intitulat „ Gravitational-wave astronomy ” ( vezi lista autorilor ) .

Bibliografie

Pierre Léna, Daniel Rouan, François Lebrun, François Mignard, Didier Pelat și colab. , Observare în astrofizică , EDPSciences / Ediția CNRS,2008, 742 p. ( ISBN 978-2-271-06744-9 )

Referințe

https://www.larecherche.fr/1-lan-i-de-lastronomie-gravitationnelle
https://www.pourlascience.fr/sd/cosmologie/lastronomie-gravitationnelle-est-nee-9933.php
(în) „ pentru descoperirea unui nou tip de pulsar, o descoperire care a eliminat noi posibilități pentru studiul gravitației ” în cadrul redacției, „ Premiul Nobel pentru fizică în 1993 ” , Fundația Nobel , 2010. Accesat în iunie 25, 2010
(ro) Abbott și colab. , „ Observarea undelor gravitaționale dintr-o fuziune binară cu gauri negre ” , Physical Review Letters , American Physical Society , vol. 116, nr . 061 102,februarie 2016( citește online ).
(în) Colaborarea științifică LIGO și Colaborarea Fecioară, " GWTC-1: Catalogul tranzitoriu al undelor gravitaționale de fuziuni binare compacte observate de LIGO și Fecioară în timpul primei și celei de-a doua runde de observare " , - ,decembrie 2018( citește online )
(în) " NSF's LIGO Gravitational Waves Has Detected " pe nasa.gov
(în) Malcolm Longair , Secolul cosmic: o istorie a astrofizicii și cosmologiei. , Cambridge University Press,2012, 562 p. ( ISBN 978-1-107-66936-9 )
(în) John N. Bahcall , Neutrino Astrophysics , Cambridge, Cambridge University Press,1989, Reimprimat. ed. , 567 p. ( ISBN 978-0-521-37975-5 , prezentare online )
(în) John Bahcall , „ Cum strălucește soarele ” , Premiul Nobel ,9 iunie 2000
(în) BS Sathyaprakash și Bernard F. Schutz., " Fizică, astrofizică și cosmologie cu unde gravitaționale " , Living Reviews in Relativity ,2009( citește online )
(în) Vicky Kalogera , " The Dawn of Gravitational Wave Astrophysics " , AAS Meeting , American Astronomical Society, nr . 233,iunie 2016( citește online )
(în) Gijs Nelemans , „ Primul plan al undei gravitaționale galactice ” , Gravitatea clasică și cuantică , vol. 26, nr . 9,7 mai 2009, p. 094030 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 26/9/094030 , Bibcode 2009CQGra..26i4030N , arXiv 0901.1778 )
(în) A Stroeer și Vecchio A, „ The LISA verification binaries ” , Classical and Quantum Gravity , vol. 23, n o 19,7 octombrie 2006, S809 - S817 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 23/19 / S19 , Bibcode 2006CQGra..23S.809S , arXiv astro-ph / 0605227 )
(în) J Abadie , și colab., R. Abbott , dl Abernathy , T. Accadia , F. Acernese C. Adams , R. Adhikari , P. Ajith B. Allen , G. Allen , E. Amador Ceron , RS Amin , SB Anderson , WG Anderson , F. Antonucci , S. Aoudia , MA Arain , M. Araya , M. Aronsson , KG Arun , Y. Aso , S. Aston , P. Astone , DE Atkinson , P. Aufmuth , C. Aulbert , S. Babak , P. Baker și G. Ballardin , „ Predicții pentru ratele de coalescențe binare compacte observabile de către detectoarele de unde gravitaționale de la sol ” , Gravitate clasică și cuantică , vol. 27,7 septembrie 2010, p. 173001 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 27/17/173001 , Bibcode 2010CQGra..27q3001A , arXiv 1003.2480 )
(în) „ Măsurarea binarelor cu gaură neagră de masă intermediară cu detectoare avansate de unde gravitaționale ” pe Gravitational Physics Group , Universitatea din Birmingham
(în) „ Observarea coliziunii invizibile a găurilor negre cu masă intermediară ” pe Colaborarea științifică LIGO
(în) Marta Volonteri , Haardt, Francesco și Madau, Piero, " The Assembly and Merging History of Supermassive Black Holes in Hierarchical Models of Galaxy Formation " , The Astrophysical Journal , vol. 582, n o 210 ianuarie 2003, p. 559–573 ( DOI 10.1086 / 344675 , Bibcode 2003ApJ ... 582..559V , arXiv astro-ph / 0207276 )
(în) A. Sesana Vecchio, A. și Colacino, CN, " Fondul de undă gravitațională stochastică din sistemele binare masive de gaură neagră: implicații pentru observații cu matrici de sincronizare Pulsar " , Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , Vol. 390, nr . 1,11 octombrie 2008, p. 192–209 ( DOI 10.1111 / j.1365-2966.2008.13682.x , Bibcode 2008MNRAS.390..192S , arXiv 0804.4476 )
(în) Pau Amaro-Seoane , Aoudia, Sofiane; Babak, Stanislav; Binétruy, Pierre; Berti, Emanuele; Bohé, Alejandro; Caprini, Chiara; Colpi, Monica; Cornish, Neil J; Danzmann, Karsten; Dufaux, Jean-François; Gair, Jonathan; Jennrich, Oliver; Jetzer, Philippe; Klein, Antoine; Lang, Ryan N; Lobo, Alberto; Littenberg, Tyson; McWilliams, Sean T; Nelemans, Gijs; Petiteau, Antoine; Porter, Edward K; Schutz, Bernard F; Sesana, Alberto; Stebbins, Robin; Sumner, Tim; Vallisneri, Michele; Vitale, Stefano; Will, Marta; Ward, Henry, Stanislav Babak , Pierre Binétruy , Emanuele Berti , Alejandro Bohé , Chiara Caprini , Monica Colpi , Neil J. Cornish , Karsten Danzmann , Jean-François Dufaux , Jonathan Gair , Oliver Jennrich , Philippe Jetzer , Antoine Klein , Ryan N. Lang , Alberto Lobo , Tyson Littenberg , Sean T. McWilliams , Gijs Nelemans , Antoine Petiteau , Edward K. Porter , Bernard F. Schutz , Alberto Sesana , Robin Stebbins , Tim Sumner , Michele Vallisneri , Stefano Vitale , Marta Volonteri și Henry Ward , „ Știința undelor gravitaționale cu frecvență joasă cu eLISA / ONG ” , Gravitatea clasică și cuantică , vol. 29, n o 12,21 iunie 2012, p. 124016 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 29/12/124016 , Bibcode 2012CQGra..29l4016A , arXiv 1202.0839 )
(în) CPL Berry și Gair, JR, „ Observarea găurii negre de masă a galaxiei cu explozii de unde gravitaționale ” , Notificări lunare ale Royal Astronomical Society , vol. 429, nr . 1,12 decembrie 2012, p. 589–612 ( DOI 10.1093 / mnras / sts360 , Bibcode 2013MNRAS.429..589B , arXiv 1210.2778 )
(în) Pau Amaro-Seoane , Gair, Jonathan R Freitag, Marc Miller, M Coleman, Mandel, Ilya, Cutler, Curt J și Babak, Stanislav, „ Raport de masă intermediar și extrem inspirale-astrofizică, aplicații științifice și detectare folosind LISA ” , Gravitatea clasică și cuantică , vol. 24, nr . 17,7 septembrie 2007, R113 - R169 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 24/17 / R01 , Bibcode 2007CQGra..24R.113A , arXiv astro-ph / 0703495 )
(în) Jonathan Gair , Vallisneri, Michele Larson, Shane L. și Baker, John G., " Testarea relativității generale cu detectoare de unde gravitaționale cu frecvență redusă, bazate pe spațiu " , Living Reviews in Relativity , vol. 16,2013, p. 7 ( DOI 10.12942 / lrr-2013-7 , Bibcode 2013LRR .... 16 .... 7G , arXiv 1212.5575 )
(în) Kei Kotake , Sato, Katsuhiko și Takahashi, Keitaro, „ Mecanism de explozie, neutrino și undă gravitațională izbucnesc în supernova cu colaps de miez ” , Rapoarte despre progresul în fizică , vol. 69, nr . 4,1 st aprilie 2006, p. 971–1143 ( DOI 10.1088 / 0034-4885 / 69/4 / R03 , Bibcode 2006RPPh ... 69..971K , arXiv astro-ph / 0509456 )
(în) B. Abbott și colab., R. Adhikari , J. Agresti , P. Ajith B. Allen , R. Amin , S. Anderson , W. Anderson , Mr. Arain , Mr. Araya , H. Armandula , M. Ashley , S Aston , P. Aufmuth , C. Aulbert , S. Babak , S. Ballmer , H. Bantilan , B. Barish , C. Barker , D. Barker , B. Barr , P. Barriga , M. Barton , K. Bayer , K. Belczynski S. Berukoff , J. Betzwieser și P. Beyersdorf , " Căutări de unde gravitaționale periodice din surse necunoscute și Scorpius X-1 izolat: Rezultate din a doua cursă științifică LIGO " , Physical Review D , vol. 76, nr . 8,2007, p. 082001 ( DOI 10.1103 / PhysRevD.76.082001 , Bibcode 2007PhRvD..76h2001A , arXiv gr-qc / 0605028 )
(în) „ Căutarea celor mai tinere stele de neutroni din galaxie ” pe Colaborarea științifică LIGO
(în) Pierre Binétruy , Bohé Alejandro, Caprini, Chiara și Dufaux, Jean-François, „ Fundaluri cosmologice ale undelor gravitaționale și ELISA / ONG: fază de tranziție șiruri cosmice și alte surse ” , Journal of Cosmology and Astroparticle Physics , flight. 2012 nr . 6,13 iunie 2012, p. 027–027 ( DOI 10.1088 / 1475-7516 / 2012/06/027 , Bibcode 2012JCAP ... 06..027B , arXiv 1201.0983 )
(în) Thibault Damour și Vilenkin, Alexander, " Radiații gravitaționale din (super) corzi cosmice: rafale, fundal stochastic și ferestre de observație " , Physical Review D , vol. 71, nr . 6,2005, p. 063510 ( DOI 10.1103 / PhysRevD.71.063510 , Bibcode 2005PhRvD..71f3510D , arXiv hep-th / 0410222 )
(în) Bernard F Schutz , „ Rețele de detectoare de unde gravitaționale și trei cifre de merit ” , Gravitate clasică și cuantică , vol. 28, n o 12,21 iunie 2011, p. 125023 ( DOI 10.1088 / 0264-9381 / 28/12/125023 , Bibcode 2011CQGra..28l5023S , arXiv 1102.5421 )