Pour la première fois, les astronomes ont entendu le bourdonnement de fond de l'univers

D'après ce que nous savons des ondes gravitationnelles, l'univers devrait en être plein. Chaque paire de trous noirs ou d'étoiles à neutrons en collision, chaque supernova qui s'effondre - même le Big Bang lui-même - aurait dû provoquer des ondulations qui sonnent dans l'espace-temps.

Au fil du temps, ces ondes se sont affaiblies, et il sera difficile de les trouver, mais elles sont toutes prédites comme un «grondement» résonnant qui pénètre dans notre Univers, appelé l'arrière-plan des ondes gravitationnelles. Et peut-être que nous venons juste d'en avoir le premier indice.

Vous pouvez considérer l'arrière-plan des ondes gravitationnelles comme quelque chose comme la sonnerie laissée après des événements massifs tout au long de l'histoire de notre univers - potentiellement inestimable pour notre compréhension de l'espace, mais incroyablement difficile à détecter.

C'est incroyablement intéressant de voir un signal aussi fort », a déclaré l'astrophysicien Joseph Simon de l'Université du Colorado à Boulder et un employé de NANOGrav.

Cependant, puisque le signal d'onde gravitationnelle que nous recherchons couvre toute la durée de nos observations, nous devons soigneusement exclure le bruit. Cela nous laisse dans un endroit très intéressant où nous pouvons éliminer complètement certaines des sources de bruit connues, mais nous ne pouvons pas encore dire si le signal provient réellement d'ondes gravitationnelles. Pour cela, nous avons besoin de plus de données.

Néanmoins, la communauté scientifique est ravie. Depuis que la pré-impression de l'équipe a été publiée sur arXiv en septembre dernier, plus de 80 articles ont cité cette étude.

Les équipes internationales ont travaillé dur pour analyser les données pour tenter de réfuter ou de confirmer les conclusions des scientifiques. Si le signal s'avère réel, il pourrait ouvrir une toute nouvelle étape dans l'astronomie des ondes gravitationnelles - ou ouvrir pour nous des phénomènes astrophysiques complètement nouveaux.

Le signal provient d'observations d'une étoile morte appelée pulsar. Ce sont des étoiles à neutrons qui sont orientées de manière à émettre des ondes radio de leurs pôles, tournant à des vitesses de la milliseconde.

Ces fusées éclairantes sont incroyablement précises dans le timing, ce qui signifie que les pulsars sont sans doute les étoiles les plus utiles de l'univers. Les modifications de leurs pulsations peuvent être utilisées pour la navigation, pour explorer le milieu interstellaire et étudier la gravité. Et depuis la découverte des ondes gravitationnelles, les astronomes les recherchent.

C'est parce que les ondes gravitationnelles déforment l'espace-temps à mesure qu'elles le traversent, ce qui en théorie devrait changer - un peu - la synchronisation des impulsions radio émises par les pulsars.

Le fond [de l'onde gravitationnelle] s'étire et se contracte dans l'espace-temps entre les pulsars et la Terre, provoquant l'arrivée des signaux de pulsar un peu plus tard (étirement) ou plus tôt (effondrement) que ce qui se serait produit s'il n'y avait pas d'ondes gravitationnelles - Astrophysicien Ryan Shannon de l'Université de technologie de Swinburne.

Un pulsar avec un battement irrégulier ne signifie pas nécessairement grand-chose. Mais si tout un groupe de pulsars présentait un modèle corrélé de variation temporelle, cela pourrait indiquer un arrière-plan d'ondes gravitationnelles.

Cet ensemble de pulsars est connu sous le nom de Pulsar Temporal Array, et c'est ce que l'équipe NANOGrav a observé - 45 des pulsars millisecondes les plus stables de la Voie lactée.

Ils n'ont pas tout à fait trouvé un signal pour confirmer le fond de l'onde gravitationnelle.

Mais ils ont trouvé quelque chose - un signal de "bruit normal" que Shannon a expliqué varie d'un pulsar à l'autre, mais présente les mêmes caractéristiques à chaque fois. Ces écarts ont entraîné des variations de plusieurs centaines de nanosecondes au cours de la période d'observation de 13 ans, a noté Simon.

Il y a d'autres choses qui peuvent déclencher ce signal. Par exemple, un réseau de synchronisation pulsar doit être analysé à partir d'un cadre de référence qui n'accélère pas, ce qui signifie que toutes les données doivent être transférées au centre du système solaire, connu sous le nom de barycenter, et non à la Terre.

Si le barycentre est mal calculé - et c'est plus difficile qu'il n'y paraît, car c'est le centre de masse de tous les objets en mouvement dans le système solaire - alors vous pouvez recevoir un faux signal. L'année dernière, l'équipe de NANOGrav a annoncé qu'elle avait calculé le barycentre du système solaire à moins de 100 mètres.

Il est toujours possible que cet écart soit la source du signal détecté, et il reste encore du travail à faire pour le corriger.

Parce que si le signal provient vraiment d'une onde gravitationnelle résonnante bourdonnante, ce serait un énorme problème, car les trous noirs supermassifs (SMBH) sont probablement la source de ces ondes gravitationnelles de fond.

Puisque les ondes gravitationnelles nous montrent des phénomènes que nous ne pouvons pas détecter électromagnétiquement, comme les collisions de trous noirs, cela pourrait aider à résoudre des mystères comme le dernier problème parsec, qui suggère que les trous noirs supermassifs ne peuvent pas fusionner, et nous aider à mieux comprendre l'évolution galactique. et la croissance.

À l'avenir, nous pourrons peut-être même détecter les ondes gravitationnelles qui se sont produites immédiatement après le Big Bang, ce qui nous donnera une fenêtre unique sur l'univers primitif.

Pour être clair, il y a beaucoup de travail scientifique à faire avant d'en arriver là.

C'est une première étape possible vers la détection des ondes gravitationnelles nanohertz, a déclaré Shannon. Je voudrais avertir le public et les scientifiques de ne pas surestimer les résultats. Je pense que dans un an ou deux, il y aura des preuves de la nature du signal.

D'autres équipes travaillent également sur l'utilisation de réseaux de synchronisation pulsar pour détecter les ondes gravitationnelles. OzGrav fait partie du Parkes Pulsar Timing Array, qui publiera bientôt une analyse de ses ensembles de données vieux de 14 ans.

Les recherches du groupe sont publiées dans The Astrophysical Journal Letters.