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Superfulgur

La rumeur des ondes gravitationnelles...

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Bonjour,

Il y a sur le site de ligo une page qui donne accès à une foule de renseignements ( et des réponses à certaines de vos questions ;-) )

http://dcc.ligo.org/P150914/public

Par exemple :
- des infos sur les détecteurs, la caractérisation des bruits, ...
- comment sont "calculées" les masses des 2 trous noirs et du trou noir résultant
- l'énergie rayonnée sous forme d'ondes gravitationnelles : environ 3 M_sol ( +/- 0,5 quand même...) , soit 5,4 10^47 J, avec une luminosité crête de 3,6 (+/- 0,5) 10^49 W (pendant quelques ms). Pour comparaison elle est environ 20 fois supérieure à la luminosité équivalente maximale du jet gamma super lumineux GRB 110918A, lequel avait rayonné une énergie d'environ 2 10^47 J, donc équivalente au 1/3 de celle de GW150914 ... si je ne me suis pas mélangé les pinceaux... A noter qu'il y a quand même une marge d'erreur assez importante sur la luminosité, due à la marge d'erreur très importante sur la distance ( environ 40% ).
- une nouvelle estimation de la masse maximale du graviton ( si elle n'est pas nulle )
- les tentatives de trouver des neutrinos associés à cette fusion.
...

Bref, une mine d'or à exploiter et à déguster ... lentement ... ;-)

Question : dans toutes les publis on utilise des unités CGS. Pourquoi vouloir ici repasser systématiquement en unités SI "pures" pour les énergies, puissances, ... alors qu'on ne le fait pas pour les angles ?

Francis

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ChiCyg    0
Les unités SI sont quand même plus dans notre "culture" Newton au lieu de dyne, Joule au lieu d'erg, Watt au lieu de erg par seconde, Pascal au lieu de dynes/cm², et même mètre au lieu de centimètre. Ou alors il faut raisonner en unités "astro" : Masse solaire, Unité Astronomique, Parsec, Luminosité solaire, années, ...

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dg2    0
quote:
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 ?


L'amplitude d'une onde EM décroît aussi en 1/r, sauf que pour une onde EM, ce n'est pas l'amplitude que vous détectez, mais le flux, proportionnel au carré de l'amplitude, et qui décroît donc en 1/r^2. Ici, c'est l'amplitude que l'on détecte, donc 1/r.

Si je ne me trompe pas, [...]

[Ah si, il y a une erreur]

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

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ChiCyg    0
dg2 :
quote:
Si je ne me trompe pas

Euh, si vous vous trompez grave (ça arrive à tout le monde , même à moi ) .

La taille de la source n'intervient pas : Il faut répartir la puissance émise 3x10^49 W sur la surface d'une sphère de 410 Mégaparsec de rayon. On trouve alors, si je m'a pas trompé ... 17 mW/m² c'est plus raisonnable

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dg2    0
... ce que l'on peut réécrire en faisant intervenir la longueur d'onde, qui est comparable à la taille de la source, donc un flux de l'ordre de

L h^2 / lambda^2 .

En faisant l'application numérique, on trouve effectivement moins d'un watt par mètre carré chez nous. Par contre, le mégawatt par mètre carré (je me souvenais avoir calculé cet ordre de grandeur) est ce qui a traversé la galaxie où la chose s'est produite (40 kpc de distance au lieu de 400 Mpc, donc h qui est 10000 fois plus grand et un flux 10^8 fois plus grand).

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ChiCyg    0
dg2 :
quote:
Faux non, mais c'est sans intérêt.

M'sieur, c'est Super qu'a commencé .
Sérieux, l'intérêt c'est simplement de comparer ce qu'on est capable de détecter. On est capable de détecter des supernovae beaucoup plus lointaines que ces trous noirs en fusion malgré des puissances dissipées beaucoup plus faibles. Une magnitude 20 c'est en gros 10^-16 W/m² et là en ondes gravitationnelles on aurait 20 mW/m2.

En plus de l'aspect "physique théorique" les implications astrophysiques sont intéressantes. On ne s'attendait pas à voir ce genre de trous noirs binaires, ou pas si fréquent, ici https://dcc.ligo.org/LIGO-P1500262/public/main

Ce que j'ai compris :

1) Si cet événement n'est pas trop atypique (ce qu'on devrait savoir bientôt) Ligo devrait en détecter entre 1 par an et quelques uns par mois.

2) Cet événement peut s'expliquer soit par la fusion de deux étoiles de formation récente dans le cas où le processus conduisant à la fusion est rapide. Soit ce processus est lent et le couple peut s'être formé il y a plusieurs milliards d'années.

L'existence même de ces deux trous noirs massifs (plus de 25 masses solaires, ce qui n'était pas vraiment prévu) suppose que les étoiles qui les ont formés ont perdu peu de masse avant de se "faire" trou noir et donc qu'elles ont eu des vents stellaires modérés et donc qu'elles avaient une faible métallicité car les "métaux (tous les atomes sauf hydrogène et hélium) sont plus opaques, forment des poussières et sont éjectées par le rayonnement de l'étoile ce qui provoque la perte de masse avant l'implosion en trous noirs.

Au final soit ce couple s'est formé il y a longtemps (donc dans un milieu peu enrichi de faible "métallicité") et il a mis longtemps pour fusionner, soit il a fusionné rapidement, il s'est alors formé dans un milieu peu enrichi : une galaxie naine.

Questions à laquelle je n'ai pas trouvé de réponse :

Peut-on s'attendre à une contrepartie optique ou X ou gamma ou infrarouge et si oui de quelle intensité et de quelle durée ? (On peut imaginer qu'à défaut de photons des trous noirs eux-mêmes leur environnement proche est salement chahuté).

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quote:
Les unités SI sont quand même plus dans notre "culture" Newton au lieu de dyne, Joule au lieu d'erg, Watt au lieu de erg par seconde, Pascal au lieu de dynes/cm², et même mètre au lieu de centimètre. ...

Bien sur. Mais alors pourquoi n'utilise-t-on pas ces unités dans les publis ?

quote:
...Ou alors il faut raisonner en unités "astro" : Masse solaire, Unité Astronomique, Parsec, Luminosité solaire, années, ...

Ah oui, tout à fait. C'est quand même plus "parlant", plus physique

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ChiCyg    0
Francis Adelving :
quote:
Mais alors pourquoi n'utilise-t-on pas ces unités dans les publis ?
Parce que l'astro est dominée par les anglo-saxons et que dans un domaine quand les gens ont l'habitude d'une unité ils n'en changent plus : Angstrom pour les spectroscopistes, température d'antenne en radio, ou cm-1 (1/cm) en infrarouge, redshift pour les cosmologistes, Jansky pour la photométrie, électron-volt et ses multiples ...

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

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jackbauer 2    2
http://www.franceinter.fr/player/reecouter?play=1236617

L’émission de France inter « La tête au carré » de vendredi dernier était entièrement consacrée à la découverte ; L’écoute est très intéressante.
Y est évoqué Yvonne-Choquet Bruhat, une mathématicienne française qui en 1952 prouve mathématiquement l’existence des ondes G (dixit l’un des intervenants)
Aujourd’hui elle a 92 ans et est très émue par l’annonce de LIGO

Lien Wiki : http://fr.wikipedia.org/wiki/Yvonne_Choquet-Bruhat

Voila assurément une belle idée pour un futur article dans une revue d’astronomie !!

[Ce message a été modifié par jackbauer 2 (Édité le 14-02-2016).]

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Tournesol    0
danielo    6
Quand même, évaluer le taux moyen de coalescence de trous noirs binaires dans l'univers par unité de volume et de temps à partir d' UN SEUL événement observé me paraît un peu surprenant...

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ChiCyg    0
danielo, tu peux toujours évaluer un taux quel que soit le nombre d'événements observés, même 0. Simplement ça donne une fourchette d'autant plus large qu'il y a moins d'événements. Ils donnent une fourchette entre 1 et 50 par an pour ce type d'événement. Ce qui est étonnant c'est que le premier événement ait été détecté deux jours après la mise en service. Mais on apprend en écoutant "la Tête au Carré" qu'ils sont en train de traiter les données des 4 premiers mois et qu'il n'est pas exclu qu'il y ait au moins un événement valide (à confirmer).

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dg2    0
La fournée d'articles déjà mise en ligne fait état d'un second événement pas très significatif (2,1 sigma) en 16 jours de fonctionnement nominal des deux détecteurs. Par ailleurs, de nombreux bruits de couloir font état d'une alerte lancée par LIGO en vue de chercher une contrepartie optique à un événement survenu courant décembre. Donc à l'heure actuelle, on n'est déjà plus à chercher un événement, mais à déterminer un taux d'événements, voire un taux des différents types d'événements attendus.

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Kirth    3
Si c'est avéré, on pourrait plutôt parler de co-détection, mais ils disent eux-mêmes que ce serait inattendu.
"Trouvé" est un peu fort, car la localisation de la source d'émission du GRB en question reste assez vague. La zone correspondant à un intervalle de confiance de 90% resterait quand même de 199 degrés carrés si l'origine commune est avérée.

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Ces détecteurs Ligo sont vraiment fantastiques. Ils tirent leur information à l’échelle de la taille du proton, ce qui leur permet des performances analogues à celle des qbits quantiques. Grâce à quelques brefs bip difficilement différentiables du bruit de fond nous pouvons maintenant voir à environ 1,3 milliards d’années lumière, presque comme si on y était, 2 trous noirs en train de spiraler pour s’accoupler et ne faire plus qu’un, et même connaître leur masse. Une remarquable densité d’information dans si peu de bip. Le prix à payer pour l’envoyeur est quand même élevé (3 masses solaires de frais d’envois). Les ondes électromagnétiques réclament plus de photons, mais gaspillent moins d’énergie.

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Erreur de ma part, la précision de Ligo serait d’environ la taille d’un atome (et non pas d‘un proton, j‘ai confondu avec l‘effet qu‘aurait une super nova dans notre galaxie). On frôle néanmoins le domaine quantique ainsi que la précision maximale que l’on peut avoir sur la dimension exacte des objets faits de matière qui ne peut pas être plus précise qu’à un atome prés. Nos détecteurs, ainsi que tout l’appareillage, sont fait de matière. La valeur actuellement fixée à la vitesse de la lumière en tient compte. Elle n’est précise qu’à 9 chiffres significatifs. Au-delà on entre dans le domaine quantique et ses « probabilités » associées à toute valeur mesurable (l’ « observable ») et ses quanta minima ayant un effet détectable.

Je me pose une question en voyant reproduit le signal à l’origine de cette découverte d’ondes gravitationnelles (tel qu’il est publié). On y voit les deux signaux osciller de façon assez aléatoire (je suppose que c’est le bruit de fond) qui encadre un signal qui reproduit assez bien l’effet calculé qu’aurait la coalescence de deux trous noirs lointains. En toute rigueur, le signal significatif à analyser et interpréter devrait être celui obtenu en soustrayant le bruit de fond puisqu’il vient s’additionner à ce dernier. Il n’aurait alors plus la même allure. Quelqu’un peut-il m’expliquer ça et comment on traite le signal pour en tirer une information significative et fiable ?

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ChiCyg    0
Géo le curieux, le bruit de fond (par définition) on ne peut pas l'enlever, parce qu'il se produit de manière parfaitement aléatoire sinon ce serait une "erreur systématique".
Dans leur figure 1 (lien donné par danielo http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102 ) on voit, en haut, le signal corrigé de toutes les erreurs répertoriées, au milieu la version de la théorie qui explique le mieux le signal et en dessous les "résidus" qui sont la différence entre mesure et théorie. Ensuite il faut estimer si oui ou non les résidus s'expliquent par le bruit de fond de la mesure. Sinon ça veut dire que la théorie ne colle pas parfaitement aux mesures.

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dg2    0
quote:
Erreur de ma part, la précision de Ligo serait d’environ la taille d’un atome (et non pas d‘un proton, j‘ai confondu avec l‘effet qu‘aurait une super nova dans notre galaxie)

Pas d'erreur, c'est bien la taille d'un proton, et même moins que ça. Avec une déformation relative de l'ordre de 10^-21 sur un chemin optique de quelques centaines de km, ça fait bien dans les quelques 10^-16 m. Mais effectivement, mesurer un tel déplacement n'a guère de sens avec une particule élémentaire isolée du fait des incertitudes d'Heisenberg. Il faut un objet macroscopique pour la détecter, mais quand bien même, l'instrument est entre autres limité par le bruit quantique.

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Merci ChiCyg, c’est tout à fait le genre d’information qui me manquait, c’est précis et détaillé.

« Ensuite il faut estimer si oui ou non les résidus s'expliquent par le bruit de fond de la mesure. Sinon ça veut dire que la théorie ne colle pas parfaitement aux mesures. »

Je suis tout à fais d’accord avec cette remarque et c’est-ce qui me semble poser le plus de problèmes vu le caractère très aléatoire de ce résidu qui en amplitude est loin d‘être négligeable Le signal recherché est très bref, donc avec peu d‘oscillations significatives d‘amplitude supérieure à celle du résidu et divers types de signaux peuvent correspondre à des ondes gravitationnelles suivant le scénario envisagé. Un « faux positif », avec deux mesures seulement, me semble difficile à exclure dans ces conditions. Je me méfie des « probabilités » de type bayésiennes, sorte de calcul statistique fait à l’envers.

Bon, attendons la suite, une fois le troisième détecteur Virgo opérationnel, la part de hasard sera réduite.

Merci dg2. J’avais donc raison de trouver ces détecteurs fantastiques. On est bien dans le domaine de la précision quantique.

Je me pose également la question suivante : L’espace est normalement parcouru sans cesse et partout par des ondes gravitationnelles de diverses origines possibles et donc de nombreuses et diverses fréquences et amplitudes (et/ou longueurs d’onde de déformation d’espace-temps équivalentes). Comme toutes ondes celles-ci devraient pouvoir se mettre en phase ou opposition de phase et former fortuitement des ondes d’amplitude différente de la « normale » à diverses fréquences et amplitudes. Comme le font les vagues qui interfèrent à la surface de l’eau quand on y jette de nombreux cailloux, ce qui crée des vaguelettes en tous sens. Le référentiel d’Einstein, me semble-t-il, ne permet de calculer une déformation que pour une cause unique et dans un espace au départ « lisse ». Comment remonter à une unique cause à partir d’un signal ainsi mélangé avec les autres ?

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dg2    0
La brièveté du signal est assez fortuite. Plus les trous noirs sont massifs, plus le train d'ondes est à basse fréquence, de sorte que pour deux trous noirs de 30 masses solaires, seule la toute fin du signal entre dans la bande de détection de LIGO. Deux trous noirs de 10 masses solaires situés trois fois plus près auraient été vu avec le même rapport signal sur bruit, mais pendant beaucoup plus longtemps.

Pour ce qui est de votre question, disons que vous n'avez guère plus d'un événement aussi intense par mois, c'est à dire, à la louche, toute les 2,5 millions de seconde. Pour commencer à avoir un vrai bruit de fond, avec plusieurs événements se superposant à un instant donné, il faudrait avoir un million de fois plus d'événements, ce que vous auriez en augmentant la sensibilité de votre instrument d'un facteur 100. Problème : à ce moment là, la sphère dans laquelle vous verriez tous ces événements est plus grande que l'horizon. Conclusion, même avec un instrument de sensibilité ultime, votre bruit de fond est intrinsèquement discret, et vous pouvez séparer tous les événements (ou en tout cas, la majeure partie ne se superposera pas à un autre événement, au moins dans la phase finale de la coalescence). Bien sûr, on néglige ici les effets d'évolution et l'influence du redshift, vous vous voyez l'idée. Il faut aller à des fréquences plus basses (eLISA) pour qu'un bruit de fond devienne gênant : ce sera celui des binaires de naines blanches galactiques loin de la coalescence qui noieront le signal des coalescences de trous noirs supermassifs lointains.

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Oui, je vois l’idée. Effectivement ça s’explique bien comme ça, au « redschift » prés semble-t-il… Ah, ce « redschift » et son « Big-bang », pierre angulaire de tout l’édifice paradigmatique conceptuel !

On m’avait dit que l’appareil pouvait mesurer une dilatation de l’espace au passage d‘une onde gravitationnelle, il semble qu’en fait, il serve davantage à détecter des rapports particuliers entre des fréquences possibles correspondant à l’effet que pourraient avoir des ondes gravitationnelle. Normal, ce double « télescope » est construit comme un interféromètre. Ce qui me pose problème c’est l’usage des « probabilités » pour extraire d’un bruit de fond non négligeable, un signal significatif. Une « probabilité », mathématiquement, a la même « dimension » qu’une fréquence, et c’est ce que l’on cherche à « mesurer » par différentiel…

Je me perds en conjectures en voyant que l’appareil utilisé est construit sur le même principe que celui des expériences de type de celles d’Alain Aspect pour vérifier les corrélations quantiques en polarité entre des photons intriqués et les incertitudes relatives qui en découlent. Il est aussi un peu du même type que ceux qu’on utilise pour calculer la valeur de la vitesse de la lumière et sa constance quelque soit la direction (mais dans deux directions seulement simultanément, en même temps et à la fois comme ce qui caractérise la lumière dans les équations de Maxwell).

???????

Au bout du compte, qu’est-ce qui est le plus probable ? Que les équations d’Einstein sont exactes aux abords d’un trou noir où elles se heurtent à des « singularités » qui n’ont pas de solution mathématiques, ou que les ondes gravitationnelles existent vraiment, ce qui nécessite pour qu’elles puissent exister que l’on utilise un référentiel « cylindrique » pour leur trouver des solutions dans les équations d‘Einstein ?

Le référentiel utilisé pour les détecter n’est pas « cylindrique », mais posé sur une sphère (notre référentiel terrestre) pas vraiment sphérique…

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ChiCyg    0
Géo le curieux, je ne comprends pas trop ton argumentation. Juste au passage une fréquence a une dimension qui est l'inverse du temps, contrairement à une probabilité.

Ligo, me semble-t-il, n'a pas beaucoup de rapport avec le dispositif d'Alain Aspect qui révèle, lui, un "comportement quantique" de la matière. Là c'est une "vraie" mesure de la dilatation de l'espace-temps au moment du passage de l'onde. On compare la longueur d'une branche par rapport à la longueur de l'autre en temps réel. Bien que de très faible valeur elle n'est pas affectée par l'effet quantique parce qu'il y a une quantité colossale de photons qui interviennent dans la mesure (contrairement à celle d'Alain Aspect photon par photon).

Simplement, comme dans presque toutes les mesures physiques, c'est plus facile de détecter une variation périodique du signal qu'une variation absolue dans le temps. A trop haute fréquence l'appareil n'a pas le temps d'intégrer la mesure ; à trop basse fréquence, il n'est pas assez stable pour mesurer une variation. Tu peux regarder la figure 3 où on voit le niveau de bruit en fonction de la fréquence. C'est marrant, on peut même voir que ça se passe aux Etats-Unis à cause de la raie à 60 Hz (et ses harmoniques !) du réseau électrique : son niveau excède celui de la coalescence des deux trous noirs, ce qui donne une idée de la difficulté de la mesure ...

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C’est une tentative d’analyse que je fais en relation avec la problématique des rapports entre la théorie d’Einstein et la théorie quantique qui toutes deux nous servent à interpréter l’image qui nous vient du cosmos, et les incertitudes qui peuvent en résulter sur les rapports possibles de cause à effet. Un vaste sujet qui déborde du cadre de ce forum.

Une dernière question : De combien l’espace s’est-il « expansé » au tau moyen estimé actuel et celui qu’il était il y a environ 1,3 milliards d’années, pendant la durée du signal significatif de la mesure de détection de ces ondes gravitationnelles ? Juste l'ordre de grandeur, pour comparer avec ce que l'on cherche à mesurer.

« C'est marrant, on peut même voir que ça se passe aux Etats-Unis à cause de la raie à 60 Hz (et ses harmoniques !) du réseau électrique : son niveau excède celui de la coalescence des deux trous noirs, ce qui donne une idée de la difficulté de la mesure ... ». Serait-ce une question de « localité » ou de « causalité » en fréquences référentielles ? Je préfère attendre la mise en service de Virgo pour me faire une idée plus précise de la valeur de cette découverte (ou mesure).

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