Les scientifiques prédisent avec précision les ondulations de l’espace-temps causées par les trous noirs
Les scientifiques ont réalisé les prédictions les plus précises à ce jour des perturbations de l’espace-temps causées par le passage rapproché de deux trous noirs. Les nouvelles découvertes, publiées le mercredi 14 mai dans le journal Nature, montrent que des concepts mathématiques abstraits de la physique théorique ont une utilité pratique dans la modélisation des ondulations de l’espace-temps, ouvrant la voie à des modèles plus précis pour interpréter les données observationnelles.
Les ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles sont des distorsions dans le tissu de l’espace-temps causées par le mouvement d’objets massifs tels que des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Tout d’abord prédites dans la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein en 1915, elles ont été détectées directement pour la première fois un siècle plus tard, en 2015. Depuis lors, ces ondes sont devenues un outil d’observation puissant pour les astronomes sondant certains des événements les plus violents et énigmatiques de l’univers.
Modélisation précise
Pour donner un sens aux signaux captés par des détecteurs sensibles tels que LIGO (l’Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser) et Virgo, les scientifiques ont besoin de modèles extrêmement précis de ce à quoi ces ondes devraient ressembler, similaire à la prévision de la météo spatiale. Jusqu’à présent, les chercheurs se sont appuyés sur de puissants supercalculateurs pour simuler les interactions des trous noirs, un processus efficace mais lent et coûteux en termes de calcul.
Nouvelle approche
Une équipe dirigée par Mathias Driesse de l’Université Humboldt de Berlin a adopté une approche différente. Au lieu d’étudier les fusions, les chercheurs se sont concentrés sur les événements de diffusion – des instances où deux trous noirs tourbillonnent l’un près de l’autre sous leur attraction gravitationnelle mutuelle, puis poursuivent des trajectoires séparées sans fusionner. Ces rencontres génèrent des signaux d’ondes gravitationnelles forts à mesure que les trous noirs accélèrent en se croisant.
Des résultats étonnants
Le travail de l’équipe a incorporé cinq niveaux de complexité, atteignant ce que les physiciens appellent le cinquième ordre post-Minkowskien – le plus haut niveau de précision jamais réalisé dans la modélisation de ces interactions. Cette avancée représente la solution la plus précise aux équations d’Einstein produite à ce jour. Ces résultats sont essentiels pour améliorer les modèles théoriques futurs visant à prédire les signatures des ondes gravitationnelles.
Des découvertes surprenantes
En calculant l’énergie rayonnée sous forme d’ondes gravitationnelles, les chercheurs ont découvert des formes complexes à six dimensions appelées variétés Calabi-Yau. Ces structures géométriques abstraites, longtemps utilisées en théorie des cordes pour tenter d’unifier la mécanique quantique avec la gravité, sont apparues dans des calculs décrivant l’énergie émise par les ondes gravitationnelles lors du passage de deux trous noirs.
Ces découvertes devraient significativement améliorer les modèles théoriques futurs visant à prédire les signatures des ondes gravitationnelles. Une précision accrue sera primordiale à mesure que de nouveaux détecteurs d’ondes gravitationnelles de prochaine génération entrent en service.
