Particules mystérieuses captées dans la Voie lactée : de nouvelles recherches pointent vers des trous noirs supermassifs en fusion
Les scientifiques continuent de chercher la source d’un faible et persistant bourdonnement d’ondes gravitationnelles découvert dans la Voie lactée l’année dernière. Ces ondes pourraient pointer vers plus d’une source alléchante selon de nouvelles recherches.
L’équipe de découverte, la collaboration North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, ou NANOGrav, soupçonne fortement que ces ondulations dans l’espace-temps ont été créées par la fusion de trous noirs supermassifs, chacun pesant un milliard de fois plus que notre soleil. On les appelle des paires binaires. Si tel est effectivement le cas, ces travaux pourraient aider à estimer les positions de ces monstres célestes, ainsi que leur masse.
Cependant, trouver une seule paire binaire ne signifie pas exclure une origine cosmologique, a déclaré Juan Urrutia, co-auteur de l’étude et chercheur à l’Institut national de physique chimique et biophysique en Estonie, à Space.com. Pour cela, lui et ses collègues ont étudié les données de NANOGrav et ont constaté que, en plus de l’hypothèse des trous noirs en orbite, trois sources cosmologiques proposées semblent expliquer les données. Nous reviendrons sur chacune d’entre elles dans un instant, mais en gros, cela suggère que le signal des ondes gravitationnelles pourrait être un mélange confus de différentes sources. Cela pose un potentiel problème majeur car de nombreux signaux sont très similaires.
Sources cosmologiques pour les ondes gravitationnelles
Les processus cosmologiques exotiques à haute énergie mentionnés précédemment, qui ont eu lieu dans l’univers primordial, incluent les cordes cosmiques, les transitions de phase et les murs de domaine. Importamment, les deux derniers sont censés s’être produits peu de temps après le Big Bang, mais avant que le rayonnement restant de l’événement se soit dispersé à travers l’univers. Ainsi, si les nouvelles découvertes se confirment et que l’une de ces sources est effectivement constituée de murs de domaine, les scientifiques affirment que le signal détecté serait en réalité la façon la plus proche d’accéder au début de l’univers.
En outre, les processus cosmologiques décrits par la nouvelle étude pourraient également contribuer à la recherche en cours sur la matière noire et l’énergie sombre, qui constituent ensemble 95% de l’univers mais restent invisibles à l’œil humain. Lorsque les murs de domaine se déplacent et évoluent, ils transportent beaucoup d’énergie et émettent des ondes gravitationnelles, explique Urrutia. À un moment donné, cependant, ils se détériorent et vous vous retrouvez avec des amas de matière noire, ajoute-t-il.
La possibilité que le signal détecté puisse provenir de murs de domaine est particulièrement intrigante, car ces structures complexes ont été initialement proposées il y a plus de 50 ans comme l’une des explications possibles de la raison pour laquelle l’univers contient beaucoup plus de matière que d’antimatière, cette dernière étant une sorte de matière opposée. Contrairement à la matière normale, ou baryonique, qui est composée de protons positifs et d’électrons négatifs, l’antimatière est composée de protons négatifs et d’électrons positifs.
Ce qui est particulièrement étrange en ce qui concerne l’antimatière, c’est que parce que l’antimatière et la matière baryonique sont censées être pleinement symétriques, le Big Bang aurait dû avoir une chance de 50/50 de produire l’une ou l’autre. Cela signifie que notre univers, théoriquement, devrait être constitué de quantités égales des deux. Mais ce n’est pas le cas. La matière baryonique domine totalement le cosmos.
D’autre part, l’étude des transitions de phase permet aux scientifiques de plonger dans les différentes phases que l’univers primordial a traversées pour produire les électrons, protons et neutrons baryoniques que nous connaissons aujourd’hui. De la même façon que l’eau bout lorsqu’elle est chauffée, les transitions de phase cosmiques ont été déclenchées par la variation des températures dans l’univers, et les bulles ont interagi les unes avec les autres pour produire des ondes sonores ainsi que des ondes gravitationnelles, peut-être similaires à celles récemment détectées.
Étant donné que les signaux provenant de sources diverses semblent similaires, les distinguer des ondes gravitationnelles détectées n’est pas une tâche facile, d’autant plus que nos télescopes ont leurs limites. Le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), une paire d’installations de recherche aux États-Unis et notre meilleur détecteur d’ondes gravitationnelles actuel, est conçu pour repérer les ondes à haute fréquence. Pour repérer davantage les ondes à basse fréquence comme celles récemment observées, les scientifiques se préparent à utiliser le Laser Interferometer Space Antenna (LISA), un réseau européen de trois satellites qui sera lancé en 2037. Selon une description de la NASA, LISA mesurera les changements de position qui sont inférieurs au diamètre d’un noyau d’hélium sur une distance d’un million de kilomètres.
Les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles
Une autre expérience spatiale proposée en 2020, l’Atomic Experiment for Dark Matter and Gravity Exploration (AEDGE), pourrait aider à la recherche d’ondes gravitationnelles dans les fréquences situées entre celles qui peuvent être détectées par LISA et LIGO.
Pour que ces futurs détecteurs tiennent leurs promesses, il est crucial que les scientifiques disposent de prédictions concrètes sur ce qu’il faut rechercher et comment interpréter les données, explique Urrutia.
Il y a un énorme effort de la part de la communauté pour rendre ces calculs aussi précis que possible lorsque ces expériences seront prêtes à être lancées.
