Superfulgur

La rumeur des ondes gravitationnelles...

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quote:
je dois avouer que juste détecter des ondes gravitationnelles ne me semblait pas si historique que ça, vu qu'on sait qu'elles existent

Je ne dirais pas ça. On en avait une preuve indirecte. On avait "juste" vérifié que des pulsars binaires perdaient de l'énergie d'une manière seule compatible avec l'émission d'ondes gravitationnelles.

Ici, détecter directement les ondes gravitationnelles ça lève tout doute possible, même s'il n'y en avait pas vraiment de doute, mais c'est toujours frustrant les preuves indirectes.
Ici, quand on lit l'article de PRL, le caractère ondulatoire et propagatif de ce que l'on observe est partout : spectre en fréquence des ondes, temps de décalage entre les deux sites d'observation à cause de la propagation des ondes grav à la vitesse de la lumière...
On les voit ces ondes bon dieu !!! on les voit littéralement ! c'est pas juste une perte d'énergie mesurée quelque part (enfin pour moi physicien, quand on voit un spectre en fréquence d'une onde et qu'on mesure un temps de décalage entre deux antennes, on les voit !) pour moi c'est juste hallucinant, c'est une remarquable prouesse technologique quand on sait la petitesse de ce que l'on mesure dans un océan de bruit !

Pour te donner une idée, c'est comme postuler l'existence des atomes (Dalton) et constater que ça marche bien pour faire de la chimie, en avoir une preuve indirecte de l'existence (mouvement brownien, Einstein et Perrin), et finalement voir (et manipuler individuellement) les atomes en vrai au microscope à effet tunnel ou à force atomique. Entre la mesure du mouvement brownien et la conception d'un microscope à effet tunnel ou AFM, y'a tout un monde ! Et au niveau des implications, ça n'a rien à voir !

Le monde de l'astrophysique entre dans une nouvelle ère, celle des ondes gravitationnelles (mais aussi des neutrinos, cf IceCube).

[Ce message a été modifié par Tournesol (Édité le 11-02-2016).]

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Du coup, c'est un peu plus qu'une rumeur, là, non ?

Kaptain : Ils ont générés tout un tas de courbes potentielles correspondant à couples d'objets de masse individuelles de 1 à 99 masses solaires, avec comme contrainte que la somme des masses soit < 100 masses solaires. J'imagine que ça correspond au maxi de sensibilité de l' instrument. Puis ils ont injecté un bruit synthétique correspondant au bruit de fond moyenné capté par l' instrument, et donc obtenu une liste de signaux synthétiques (environ 250000 courbes) qu'il ne restait plus qu' à comparer avec ce qui était reçu simultanément (après correction du temps de propagation de la lumière entre les deux détecteurs) par l' instrument.

Belle manip.

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 12-02-2016).]

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36 et 29 masses solaires : comment déduisent-ils ça ?

La réponse soft, c'est ce qu'en physique on appelle "fitter".

A partir de l'allure de la courbe du signal en fonction du temps, on sait que ça correspond à un certain type de problème, genre deux masses en rotation "l'une autour de l'autre".

Partant de là, la théorie dit que la masse des deux corps va jouer dans les détails du signal. On peut tracer une courbe théorique et la comparer avec celle expérimentale.

Il ne reste plus qu'à ajuster la valeur des masses pour que la courbe théorique s'ajuste au mieux avec la courbe expérimentale. Quand tu as le meilleur ajustement théorie/expérience, tu obtiens alors les valeurs des masses déduites de l'expérience.

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A partir de l'allure de la courbe du signal en fonction du temps, on sait que ça correspond à un certain type de problème

A propos, l'augmentation de la fréquence du signal périodique, c'est dû à l'accélération de la rotation juste avant la coalescence ou à autre chose ?

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Oui.
Au départ, les deux trous noirs sont à quelques centaines de kilomètres l'un de l'autre et Ligo ne les voit pas. En spiralant l'un vers l'autre, ils échangent de plus en plus d'énergie et accélèrent, la fusion s'effectue à une vitesse proche de celle de la lumière. Dans l'opération, trois masses solaires sont émises sous forme d'ondes gravitationnelles, c'est monstrueux, ça correspond à plus de 10 puissance 50 watts, je ne sais pas si il existe dans l'Univers des phénomènes aussi énergétiques...
S

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10^50 W, c'est 50 fois l'émission électromagnétique optique de tout l'univers observable...

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 12-02-2016).]

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"Et y a-t-il un corpuscule associé à cette onde ? "

Peut-être le graviton (équivalent du photon qui lui est associé aux ondes électromagnétiques) ?

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"Et y a-t-il un corpuscule associé à cette onde ? "
Peut-être le graviton (équivalent du photon qui lui est associé aux ondes électromagnétiques) ?

Le graviton résulte de la quantification de la théorie de la gravitation, tout comme le photon résulte de la quantification de l'électromagnétisme. On dit que le photon est le boson vecteur de spin 1 de la force électromagnétique.
Le graviton serait le boson vecteur de spin 2 de la force gravitationnelle.

(Je passe sur la force faible qui est véhiculée par les bosons Z0, W+ et W- dont l'existence a été démontrée au CERN dans les années 70-80.)

Sauf qu'expérimentalement (rayonnement de corps noirs, effet photoélectrique, etc) on sait que l'on doit introduire le fait que l'énergie d'une onde électromagnétique de fréquence "f" donnée doit varier par paquets d'énergie h*f, avec "h" la constante de Planck, pour rendre compte de ce que l'on observe.
De plus, on sait aujourd'hui fabriquer des sources à 1 photon.

Dans le cas qui nous intéresse ici, parler de graviton signifie que l'énergie de l'onde gravitationnelle pour une fréquence "f" donnée devrait varier par paquets d'énergie h*f, avec "h" la constante de Planck. Je pense qu'on est très loin de pouvoir détecter cela.

De fait, certains théoriciens n'hésitent pas à dire que si ça se trouve, le fait que l'on peine à décrire quantiquement la théorie de la gravitation, au niveau théorique, pourrait vouloir dire que la gravitation n'est intrinsèquement pas quantifiable. Mais je ne crois pas que cela soit un point de vue très partagé.

[Ce message a été modifié par Tournesol (Édité le 12-02-2016).]

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Tournesol : je comprends ce que tu dis sur la différence entre une détection indirecte et une détection directe, mais je trouve qu'il y a aussi une différence entre prouver l'existence des atomes (je reprends ton exemple) et prouver l'existence des ondes gravitationnelles. Ces dernières ne sont qu'une composante d'une vaste théorie qui a été maintes et maintes fois vérifiée. Dire que la matière est faite d'atomes, ça change tout. Dire qu'il y a des ondes gravitationnelles, ah, bon, et alors ? Les ondes gravitationnelles, en soi, ne m'ont pas l'air si importantes. Par contre, ce qu'on va pouvoir en faire (accéder au premier souffle de l'univers, tout ça), là oui.

--------
Superfulgur :

quote:
Dans l'opération, trois masses solaires sont émises sous forme d'ondes gravitationnelles, c'est monstrueux, ça correspond à plus de 10 puissance 50 watts, je ne sais pas si il existe dans l'Univers des phénomènes aussi énergétiques...

Est-ce que quelqu'un connait les ordres de grandeur pour une explosion de supernova ou l'émission des quasars ? Ça permettrait de se faire une idée.

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 12-02-2016).]

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Le Soleil, si je ne dis pas de sottises, c'est 10 P 26 watts...

Imaginons une SN, comme tu sais, sa mag absolue est (à la louche) de -20, contre + 5 pour le Soleil. 25 mag : facteur 10 milliards (c'est une valeur maximale, mais peu importe ici).

On aurait donc SN : 10 P 36 watts

Alors essaie d'imaginer 10 P 50.............................

S

PS : j'ai pifométré ça sans rien connaître à ces trucs, une fusée, style Dg2, PascalD ou autre PCygni peut venir me gronder si il veut. Mais pas les vêt'ments, on a dit pas les vêt'ments.


PS 2 : il faut voir, après, avec les GRB. C'est plusieurs ordres de grandeurs plus haut, je me demande si on atteint pas une mag absolue de -35, -38... Si c'est le cas, là, peut-être, on aurait notre 10 P 50... Je sais pas...

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Tryphon et Pascal, merci pour pour vos explications très claires. C'est quand même le grand pied d'internet, ça, qu'un citoyen lambda puisse poser des questions et obtenir des réponses de la part de pointures comme vous !

[Ce message a été modifié par Kaptain (Édité le 12-02-2016).]

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Superfulgur : le calcul m'a l'air correct. Si je me base sur tes chiffres, ça veut dire que ce truc est, par rapport à une supernova, beaucoup plus puissant qu'une supernova par rapport au Soleil...

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Avant de répondre à Bruno. Il reste que l'équivalent de 3 masses solaires dissipées sous forme d'ondes gravitationnelles, ça donne le vertige !

quote:
des ondes gravitationnelles. Ces dernières ne sont qu'une composante d'une vaste théorie qui a été maintes et maintes fois vérifiée.

Ce n'est pas parce qu'une théorie a été maintes fois vérifiée que de fait elle est doit toujours être valide quel que soit les circonstances.

Un exemple : Le modèle standard de la physique des particules marche remarquablement bien à un niveau de précision remarquable. Pourtant les neutrinos ont une masse, et ça, ça ne fait pas partie du modèle standard, même si on sait l'y intégrer.

Un autre exemple qui nous concerne plus ici : La théorie de la gravitation est remarquablement vérifié (tout comme le modèle standard) pourtant on doit gérer la question de l'énergie sombre et de la matière noire. On sait les intégrer dans les approches standards, mais on ne sait pas d'où ça sort.

La mauvaise blague aurait été de "monter en puissance" l'efficacité des détecteurs d'ondes gravitationnelles et de ne jamais rien détecter alors que l'observation des pulsars binaires nous claironnait le contraire !

Les courants philosophiques positivistes les plus extrêmes te diront qu'une preuve indirecte n'est pas une preuve. A t-on vu le boson de Higgs ?

quote:
Dire que la matière est faite d'atomes, ça change tout.

A une époque, l'académie des sciences française ne partageait pas ton enthousiasme, surtout chez les chimistes français ! Cf mon propos sur le positivisme.

Le problème d'une preuve indirecte, c'est qu'on peut toujours t'objecter que tu n'es pas à l'abri d'un processus physique inconnu qui mime l'effet des pertes d'énergies par émission d'ondes gravitationnelles par exemple.

Là, avec la dernière observation, ça va devenir de plus en plus difficile de s'écarter de la relativité générale ! Je dis ça aussi pour les mauvais coucheurs qui dans la question de la matière noire et de l'énergie sombre trouvent les chercheurs frileux ou conservateurs, et prônent le yaka ! Il y a des contraintes très fortes, et elles viennent de devenir encore plus fortes !

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Une puissance de 10^50 W conduisant à une déformation de l'espace 10^-21 à 1,2 millards d'al...

Le 10^-21 est tout aussi hallucinant que le 10^50 W.
Un atome d'hydrogène c'est ~10^-10 m.
Un proton c'est 10^-15 m.
La déformation est 1 million de fois plus petite qu'un proton et on est capable de mesurer un truc pareil dans tout le foutoir ambiant (vibrations dues à l'activité terrestre ou humaine, effets thermiques sur les matériaux, micro-onde de la salle de repos ^^, bruit électronique et je dois en oublier une tétra-chiée...).
Vraiment une très belle manip, pour une fois on peut être fièr(e)s d'être des Hommes !

Si ce genre de phénomène (2 trou noirs de ~30 masses solaires qui fusionnent) arrivait dans notre proche environnement à la échelle de notre galaxie ou d'une galaxie voisine (qq 10 de millions d'al), quelqu'un a-t-il une idée de la déformation qu'on subirait ?

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Si ce genre de phénomène (2 trou noirs de ~30 masses solaires qui fusionnent) arrivait dans notre proche environnement à la échelle de notre galaxie ou d'une galaxie voisine (qq 10 de millions d'al), quelqu'un a-t-il une idée de la déformation qu'on subirait ?

L'amplitude decroît inversement proportionnellement à la distance. Passez de 1,3 milliards d'al à 13 millions, et vous augmentez l'amplitude d'un facteur 100, soit 10^-19 au lieu de 10^-21. Pas assez pour vous décoiffer, a priori.

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Pour les comparaisons, ça dépend un peu de quoi on parle : si c'est le pic de puissance une supernova rayonne de l'ordre de 10^36 Watt soit quelques milliards de fois la puissance du soleil. Un sursaut gamma c'est de l'ordre de 10^42 Watt soit un million de fois plus que les supernovae. Avec la fusion des trous noirs on a donc en pic de puissance encore un facteur 35 millions (mais rayonnée en onde gravitationnelle, pas en lumière) !

Si on raisonne en énergie, c'est un peu différent. Une supernova brille pendant quelques dizaines de jours à une puissance importante, tout l'événement dissipe une énergie de l'ordre de 10^43 Joule soit, grosso modo, ce que dissipe le soleil en 1 milliard d'années. Un sursaut gamma dure de l'ordre de 10 secondes l'énergie de l’événement est à peu près le même que celui de la supernova.

Quant au trou noir il dissipe en ondes gravitationnelles 5 x 10^47 Joule soit (seulement ) 50000 fois plus que les sursauts gamma ou les supernovae parce que l'événement ne dure que 15 millisecondes.

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Est-ce que quelqu'un connait les ordres de grandeur pour une explosion de supernova ou l'émission des quasars ? Ça permettrait de se faire une idée.

Corrigeons un peu les chiffres de notre ami ChiCygni...

Une SN, c'est 0,1 masse solaire dissipée sous forme de neutrinos, qui sont partiellement piégés dans la protoétoile à neutrons, et qui peuvent mettre 20 secondes pour en sortir. La puissance est donc

0,1 * 2.10^30 * (3.10^8)²/20 ~ 10^45 W, pendant 20 secondes, donc.

La contrepartie optique est, de son côté, ridicule, d'une part parce que seulement 1% de l'énergie des neutrinos est communiqué à l'enveloppe (énergie totale de 0,001 masse solaire, donc), et d'autre part parce que la courbe de lumière s'étale sur plusieurs jours ou semaines et non 20 secondes.

Un quasar à la luminosité d'Eddington rayonne, selon la formule bien connue, à 1,3.10^31 (M / M_sol) W.

Même avec un trou noir supermassif de 10 milliards de masses solaires, on atteint péniblement 10^41 W, quoique pendant un temps arbitrairement long.

Pour une fusion de deux trous noirs de même masse, on rayonne au mieux dans les 10% de la masse initiale, soit, donc, 0,1 M c^2 en un temps correpondants à quelques orbites qui font quelques fois le rayon des deux trous noirs. Prenez 2 G (M /2) / c^2 pour le rayon des trous noirs, 3 G M / c^2 pour celui de la dernière orbite, 6 pi G M / c^2 pour la circonférence, fois quelques unités pour en prendre plusieurs et divisez par c pour avoir le temps correspondant, ça fait une durée, à la louche, de 100 G M / c^3. La puissance rayonnée est égale au rapport des deux, soit

0,1 M c^2 / (100 G M / c^3) = 0,001 c^5 / G

Quand les deux trous noirs sont de masse comparable, le résultat ne dépend pas de la masse et vaut dans les 10^49 à 10^50 W, soit, comme dit le papier, 200 masses solaires par seconde. La durée par contre dépend de la masse. C'est pas grand chose pour des trous noirs de masse stellaire, mais plusieurs heures pour des trous noirs supemassifs.

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 12-02-2016).]

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Tournesol : que la matière soit faite ou non d'atomes, ça change complètement notre vision du monde ; mais que les ondes gravitationnelles existent ou non, ça change quoi ? Voilà ce que je voulais dire. Pour prendre une découverte plus récente, l'existence de matière invisible et le fait qu'elle soit dominante dans l'univers, voilà qui me semble un peu plus bouleverser notre vision du monde.

Donc j'ai l'impression que ce qui est révolutionnaire, c'est plutôt le fait qu'il s'agit d'une première étape vers une nouvelle façon de « voir » l'univers, un nouveau sens comme je l'ai lu quelque part.

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dg2 :

quote:
Corrigeons un peu les chiffres de notre ami ChiCygni...

Encore une fois, ça dépend de quoi on parle. J'ai fait la comparaison entre la puissance et l'énergie rayonnée en photons pour le soleil, les supernovae et les sursauts gamma (pas les neutrinos) et la puissance et l'énergie en onde gravitationnelle par la fusion de ces deux trous noirs.

J'ai faux ?

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L'amplitude decroît inversement proportionnellement à la distance. Passez de 1,3 milliards d'al à 13 millions, et vous augmentez l'amplitude d'un facteur 100, soit 10^-19 au lieu de 10^-21. Pas assez pour vous décoiffer, a priori.

Ah bon ? La décroissance est en 1/d et pas 1/d² ?

Et j'imaginais aussi qu'il pouvait y avoir une sorte d'atténuation de l'onde lors de sa propagation ?

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quote:
J'ai faux ?

Faux non, mais c'est sans intérêt. Le gros de l'énergie d'une SN est rayonnée sous forme de neutrinos, donc choisir la seule contrepartie optique est d'un intérêt limité. A ce moment là, autant ne considérer que l'énergie électromagnétique émise par le fusion des deux trous noirs (et pour le coup, c'est facile, ça doit être 0,0).

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