Une méthode de suivi des premières ondes gravitationnelles de l'Univers a été créée
Immédiatement après le Big Bang, les toutes premières ondes gravitationnelles sont apparues. Ces premières fluctuations dans le tissu de l'espace-temps, résultant de fluctuations quantiques dans la nouvelle soupe de matière primordiale, ont été rapidement amplifiées par des processus inflationnistes qui ont provoqué l'expansion rapide de l'univers.
Les ondes gravitationnelles d'origine, qui sont apparues il y a près de 13,8 milliards d'années, résonnent toujours dans tout l'univers. Mais ils sont noyés par le bruit des ondes gravitationnelles causé par des événements récents tels que la collision de trous noirs et d'étoiles à neutrons.
Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT a développé une méthode pour détecter des signaux d'ondulation primaires très faibles basés sur des données d'ondes gravitationnelles. Leurs résultats sont publiés dans Physical Review Letters.
Les ondes gravitationnelles sont détectées presque quotidiennement par LIGO et d'autres détecteurs d'ondes gravitationnelles, mais les signaux gravitationnels primaires sont des ordres de grandeur plus faibles que ceux que ces détecteurs peuvent détecter. La prochaine génération de détecteurs devrait être suffisamment sensible pour capturer ces premières ondulations.
Au cours de la prochaine décennie, lorsque des instruments plus sensibles seront disponibles, la nouvelle méthode pourra être appliquée pour détecter les signaux cachés des premières ondes gravitationnelles de l'univers. Ensuite, la structure et les propriétés de ces ondes primordiales pourraient fournir des indices sur l'univers primitif, comme les conditions qui ont conduit à l'inflation.
On pense que les ondes gravitationnelles primaires pénètrent dans l'Univers sous la forme d'un bourdonnement constant diffus, qui, selon les chercheurs, devrait se ressembler et, par conséquent, se corréler dans deux détecteurs.
En revanche, le reste du bruit aléatoire généré dans un détecteur doit être spécifique à ce détecteur et non corrélé avec d'autres détecteurs. Par exemple, le bruit généré par le trafic à proximité doit être différent en fonction de l'emplacement du détecteur donné. En comparant les données de deux détecteurs après prise en compte des sources astrophysiques en fonction du modèle, il est possible de révéler les paramètres du fond primaire.
Les chercheurs ont testé la nouvelle méthode en simulant d'abord 400 secondes de données d'ondes gravitationnelles, qu'ils ont dispersées avec des structures d'ondes représentant des sources astrophysiques telles que la fusion de trous noirs. Ils ont également injecté un signal dans toutes les données, similaire au bourdonnement constant de l'onde de gravité originale.
Ils ont ensuite divisé ces données en segments de quatre secondes et ont appliqué leur méthode à chaque segment pour voir s'ils pouvaient identifier avec précision les fusions de trous noirs, ainsi que le modèle d'onde qu'ils injectaient. Après avoir analysé chaque segment des données au cours de nombreuses simulations et dans diverses conditions initiales, ils ont réussi à récupérer l'arrière-plan vierge caché.
«Nous avons pu ajuster le premier plan et l'arrière-plan en même temps, de sorte que le signal de fond reçu n'est pas pollué par l'avant-plan résiduel», disent les scientifiques.
Ils espèrent que lorsque la prochaine génération de détecteurs sensibles sera disponible, la nouvelle technique pourra être utilisée pour intercaler et analyser les données de deux détecteurs différents afin de filtrer le signal primaire. Ensuite, les scientifiques auront l'occasion de retracer l'histoire de l'univers jusqu'aux temps les plus reculés.