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La rumeur des ondes gravitationnelles...

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Si seulement on pouvait trouver cette présentation (convaincante) en français ou au moins avec sous titres! Cette vidéo très récente décrit et explique les observations et détections se corroborants par différants processus.

(pas sûr si la vidéo s'affiche au début?)

Edited by roul

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L'actualité est décidemment très riche en ce mois d'avril ! En particulier dans le domaine des OG. 

Après une longue période d' arrêt pour améliorer les dispositifs, les deux observatoires américains LIGO et l'européen VIRGO reprennent aujourd'hui leur prise de données pour une période d'un an (Run O3)

Avec des capacités nettement augmentées, cela promet de nombreuses détections de fusion de TN et d'étoiles à neutron...

 

Communiqué sur le site de VIRGO :

 

Virgo et LIGO joignent leurs forces pour une année à l’écoute de l’Univers

 

Les détecteurs de Virgo et LIGO sont prêts pour débuter la nouvelle prise de données, appelée O3, qui va durer une année. La chasse aux ondes gravitationnelles va commencer le 1er Avril quand le détecteur Européen Virgo, situé en Italie à l’European Gravitational Observatory (EGO) et les 2 détecteurs identiques de LIGO, en Louisiane et dans l’état de Washington (États-Unis) vont commencer à prendre des données ensemble. Pendant une année les collaborations LIGO et Virgo vont enregistrer des données en continu et les trois détecteurs vont fonctionner comme un seul observatoire, le plus sensible jamais construit.
"Comparé à la précédente prise de données O2, la sensibilité de Virgo a augmenté d’un facteur 2, ce qui veut dire que le volume d’espace observé a été multiplié par 8", explique Alessio Rocchi, chercheur à l’INFN (Italie) et responsable des opérations de Virgo.
"La qualité des données enregistrée par les détecteurs est cruciale pour retrouver le signal d’une onde gravitationnelle noyé dans le bruit et remonter à ses propriétés" précise Nicolas Arnaud, un chercheur du CNRS en détachement à EGO et coordinateur de la caractérisation du détecteur. "De nombreux progrès ont été fait depuis O2 dans ce domaine, en particulier grâce à l’implication de toute la collaboration, des expérimentateurs  jusqu’aux gens faisant l’analyse de données."
Les résultats scientifiques de O3 vont être nombreux et potentiellement de nouveaux signaux peuvent être découverts comme la fusion d’un trou noir et d’une étoile à neutrons. Les données de O3 vont aussi servir à la recherche de sources de très longue durée comme les étoiles à neutrons asymétriques qui tournent sur elle-même. Mais la détection de tels signaux est un énorme défi que la collaboration Virgo-LIGO va relever. Par contre, les signaux venant de la fusion de trous noirs vont devenir des événements très courants, avec peut-être une détection par semaine. Les chercheurs s’attendent aussi à enregistrer plusieurs fusionS d’étoiles à neutrons.
"Un nouveau système d’analyse que nous avons implémenté va permettre d’envoyer des alertes publiques dans les 5 minutes" détaille Sarah Antier, une post-doctorante à l’Université Paris Diderot et responsable des alertes rapides pour la collaboration Virgo. "Cela va permettre le suivi de l’onde gravitationnelle avec des détecteurs de neutrinos et/ou dans le spectre électromagnétique, pour une même source vue avec de multiples messagers. Ce type d’observations pendant O3 va nous garantir un recensement des rémanents d’étoiles et une meilleure compréhension des phénomènes violents de l’Univers.
Depuis Septembre 2017, les détecteurs LIGO et Virgo ont été améliorés et testés. En particulier Virgo a remplacé ses fils en acier qui ont été utilisés pendant O2 pour suspendre les quatre miroirs formant les deux bras de 3 km de long de l’interféromètre. Les miroirs sont maintenant suspendus avec de fines fibres de silice, une installation qui a permis d’augmenter la sensibilité dans le domaine des basses fréquences, ce qui a un impact important sur la capacité de détection des signaux d’objets compacts binaires. Une seconde amélioration majeure a été l’installation d’un laser plus puissant qui permet d’augmenter la sensibilité à haute fréquence. Enfin, les propriétés de la lumière au niveau quantique sont modifiées au niveau de la détection grâce à une collaboration avec l’Institut Albert Einstein. Cette technique permet d’améliorer aussi la sensibilité dans les hautes fréquences.

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Posted (edited)

http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2019/04/reprise-de-la-chasse-aux-ondes.html

 

Un article de "ça se passe la-haut" sur la reprise des observatoires OG, qui met l'accent sur les impressionnantes améliorations techniques qui améliorent grandement les capacités de détection de LIGO et VIRGO
Quelques prédictions sur la future moisson du run O3 qui va durer un an :
- "Le réseau de détecteurs, avec sa toute nouvelle sensibilité, devrait pouvoir montrer une détection par semaine en moyenne, alors qu'elle était d'environ une par mois dans la version antérieure."
-" l'espoir de pouvoir détecter pourquoi pas le signal d'une supernova"
- "la fusion hybride d'une étoile à neutrons avec un trou noir."

 

Remarques perso :
- d'après ce que j'ai lu par ailleurs, les chances de détection d'une supernova pendant le run O3 sont faibles (0.03 % de chance) compte tenu de la fréquence de cet évènement dans le volume d'univers à portée de LIGO & VIRGO. Si par extraordinaire une SN était détectée, avec contre-partie dans tous les autres domaines (optique, X, ect...) les retombées scientifiques seraient énormes, plus que lors de la fusion de deux étoiles à neutron !

- Une possibilité n'est pas évoquée dans l'article, celle de détecter une étoile à neutron qui génère des OG de façon continue : il faudrait pour cela que l' étoile à neutron soit "asymétrique", c'est -à dire que sa surface ne soit pas parfaitement lisse. Mais comme ces objets exotiques ne sont pas encore très bien connus, on ignore les chances de réussite...

Edited by jackbauer 2

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il y a 27 minutes, jackbauer 2 a dit :

- Une possibilité n'est pas évoquée dans l'article, celle de détecter une étoile à neutron qui génère des OG de façon continue : il faudrait pour cela que l' étoile à neutron soit "assymétrique", c'est -à dire que sa surface ne soit pas parfaitement lisse. Mais comme ces objets exotiques ne sont pas encore très bien connus, on ignore les chances de réussite...

Les OG émises par les pulsars sont hors de portée de LIGO/VIRGO (même après améliorations) non ?

Il faudrait une énorme asymétrie (genre, une petite étoile à neutron et une grosse étoile à neutron en équilibre juste pile poil à la limite de Roche), et ce genre de truc ne doit pas être bien stable et entrer assez vite dans la catégorie "fusion d'étoile à neutron'.

Mais peut-être que je comprends mal ce que tu suggères, ou que je sous-estime la sensibilité du bazar.

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il y a une heure, jackbauer 2 a dit :

Une possibilité n'est pas évoquée dans l'article, celle de détecter une étoile à neutron qui génère des OG de façon continue : il faudrait pour cela que l' étoile à neutron soit "assymétrique", c'est -à dire que sa surface ne soit pas parfaitement lisse. Mais comme ces objets exotiques ne sont pas encore très bien connus, on ignore les chances de réussite...

 

Comment une étoile à neutrons peut-elle être asymétrique, avoir une surface non lisse ? Quel phénomène sous-jacent ?

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PascalD :

 

https://www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue14.pdf

 

extrait page 9 :

 

We haven’t really mentioned long-lived gravitational-wave sources yet: continuous waves, for instance. These originate from rapidly-spinning neutron stars that can give off gravitational radiation for millions of years. Unlike the binary neutron star, GW170817, these neutron stars are not colliding and merging with each other; they’re just sitting around in space and rotating steadily. Because of the ridiculous high density of neutron stars  —  they have more mass than the Sun compressed into just a few tens of kilometers  — they have been considered a likely detectable source. The one catch is that if a neutron star is perfectly round (symmetric about its rotation axis) it just doesn’t emit any gravitational waves. To detect them, we need the neutron stars to have mountains.. but no-one knows how high these mountains are. Recently it was argued the smallest they might be is 1 billionth of the neutron star radius.. if that was scaled up to the size of the Earth it would be about as high as a pea. If neutron stars are really that round their gravitational waves would be out of reach of our detectors for many years to come

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il y a 29 minutes, Cédric Perrouriefh a dit :

Comment une étoile à neutrons peut-elle être asymétrique, avoir une surface non lisse ? Quel phénomène sous-jacent ?

 

Extrait d'un article qui date de 2008 :

 

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-montagnes-etoiles-neutrons-15188/

 

Les pôles attirent la matière de l'astre compagnon


L'idée est simple. La majorité des étoiles vivent en couple, formant des binaires. Il arrive que l'une des deux étoiles arrache du gaz à sa compagne. Lorsqu'il s'agit d'une étoile à neutrons, un phénomène se produit qui est lié à son intense champ magnétique. Le gaz chauffé et accrété par l'étoile cannibale étant ionisé, il se dirige vers les pôles magnétiques de l'étoile en suivant les lignes de champ, comme on peut le voir sur la figure 2. En s'accumulant à la surface de l'étoile et grâce aux propriétés stabilisantes du champ magnétique, des montagnes pouvant atteindre entre 10 centimètres et 1 mètre de hauteur pourront se former sur cet astre de quelques dizaines de kilomètres de diamètre et pesant en général aussi lourd que le Soleil. Comme les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles de rotation (voir la figure 1), la structure de l'étoile devient asymétrique du point de vue de la génération des ondes gravitationnelles et il s'en émettrait donc.
Contrairement à celui des collisions d'astres compacts, en raison de son origine liée à la rotation de l'étoile à neutrons, une partie du signal devrait être très régulier, ce qui aiderait à l'extraire du bruit de fond dans les détecteurs.

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il y a 7 minutes, jackbauer 2 a dit :

Les pôles attirent la matière de l'astre compagnon

Ce n'est pas la raison.

 

La figure d'équilibre d'un astre sans rotation est une sphère, on le sait tous. S'il tourne sur lui même, il s'aplatit et  devient un ellipsoïde de révolution, cf. Saturne. Mais cette configuration devient instable au-delà d'une certaine vitesse de rotation (qui dépend de la masse du rayon et du profil de densité), et elle se transforme en ellipsoïde triaxial. Du fait qu'il n'y a plus de symétrie axiale, un tel objet est source d'émission d'ondes gravitationnelle, qui vont ralentir sa rotation jusqu'à ce qu'il se réajuste en ellipsoïde de révolution. Ces histoires d'ellipsoïde triaxial ne sont pas une pure vue de l'esprit. Dans la vraie vie, près de chez nous, il y a au moins un corps qui a cette configuration d'ellipsoïde triaxial du fait de sa rotation rapide : il s'agit d'Hauméa, dont la courbe de luminosité est totalement incompatible avec un ellipsoïde de révolution. Mais bien sûr, lui n'émet rien de mesurable sous forme d'ondes gravitationnelles.

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@jackbauer 2: effectivement, si on en croit :

http://www.roma1.infn.it/teongrav/VALERIA/TEACHING/ONDE_GRAV_STELLE_BUCHINERI/AA2013inpoi/DISPENSE/rotatingstars.pdf

pour une "excentricité" (écart par rapport à un solide axisymétrique, notée epsilon dans le papier ci-dessus) de 10-6 (qui est la limite théorique au delà de laquelle l' étoile n'est plus stable), pour une source située à quelques kiloparsecs (en d'autres termes dans la galaxie), l' amplitude des OG émises est dans une fourchette 10-24~10-26 ce qui est peut-être accessible à LIGO/VIRGO et plus encore à Advanced LIGO/VIRGO (sauf erreur, la détectivité est de l'ordre de 10-26 et 10-27 respectivement , pour des pulsars ne tournant pas plus vite que les plus rapides connus).

 

Dans un papier de 2010 (https://arxiv.org/pdf/0909.3583.pdf) on voit que le résultat d'une telle campagne de recherche a été négatif. A la fin du papier il y a une liste de pulsar avec la limite haute sur l'asymétrie (colonne "ellipticity") et l' amplitude des OG émises (colonne "joint h095"). Peut-être que le prochain run sera le bon....

 

 

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Et vlan ! 2ème candidat sérieux !! Encore un fusion de 2 TN !

 

 

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En tout cas, on peut dire que ça marche bien depuis les dernières améliorations!

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Punaise ! je ne sais pas qui a fait la moquette ,mais elle est pleine de trous et noirs en plus !xD

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4ème détection et cette fois il s'agirait d' UNE FUSION DE DEUX ETOILES A NEUTRON !!! (distance 500 millions d'a.l)

 

 

Il semble qu'un télescope situé à Taiwan a repéré deux sources possibles comme contre partie électromagnétique !!!!

 

https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/24193.gcn3?fbclid=IwAR2mtvJPGMrT7qLu0jXbsmpRahoNOJJiSYAzUzc9ihnPqA3lucCKsuwRt40

 

Autre confirmation, cette fois avec le 2m Himalayan Chandra Telescope :

https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/24200.gcn3

 

 

Edited by jackbauer 2
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Question 1: comment font-ils pour différencier fusion de TNs et fusions d'étoiles à neutrons ?  Est-ce possible uniquement avec les données de détection des  interféromètres (durée de l'évènement, etc ...) ? 

Question 2: quelles sont les sources "confirmées" de détection d'ondes gravitationnelles pour le moment ? Fusion de TN et d'étoiles à neutrons uniquement ?

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Pour la question 1, toutes leurs analyses se basent sur des simulations informatiques qui leur servent de modèle

Pour la question 2 tout se passe EN CE MOMENT MEME, il n'y a pas encore de communiqué officiel

Sur cette liste une quarantaine d'observatoires au sol et dans l'espace sont mis à contribution pour trouver une contrepartie à l'évènement GW

 

 

 

Edited by jackbauer 2
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Le problème c'est que cette fois ils doivent chercher sur 25% du ciel...

 

 

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il y a une heure, jackbauer 2 a dit :

Pour la question 1, toutes leurs analyses se basent sur des simulations informatiques qui leur servent de modèle

 

En effet, grâce à des simulations numériques sur superordinateurs, il est possible de remonter de la forme de l'onde gravitationnelle aux caractéristiques des astres compacts qui l'ont produite lors d'une collision et d'une fusion.

 

La video ci-dessous montre une simulation numérique représentant la coalescence de deux étoiles à neutrons se terminant en fusion, comme celle à l'origine des ondes gravitationnelles GW170817 et du sursaut gamma GRB 170817A. Les deux étoiles à neutrons sans spin (c'est à dire ne tournant pas sur elles-mêmes) montrées dans cette animation ont des masses de 1,528 et 1,222 masses solaires et obéissent à l'équation d'état de la matière nucléaire dénommée ALF2. Les paramètres utilisés (masse totale, rapport des masses, spin et équation d'état) sont compatibles avec la détection du 17 août 2017 par le réseau de détecteurs LIGO-Virgo. Alors que seul le signal gravitationnel émis pendant la phase spiralante a été détecté, les observations de la contrepartie électromagnétique, en particulier de la "kilonova" - un type d'étoile comme les supernovae  mais moins lumineux - et du sursaut gamma, suggèrent une évolution compliquée de l'astre rémanent - astre résultat de la fusion - avec une phase  transitoire éventuelle d'étoile à neutrons hypermassive ou supramassive, puis seulement ensuite, après ralentissement des mouvements,  formation d'un trou noir, comme cela est montré dans l'animation.

 Crédits : Numerical Relativity Simulation: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics) and the BAM collaboration -  Scientific Visualization : T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics)

 

Simulation de GW170817, coalescence de deux étoiles à neutrons :  https://artemis.oca.eu/images/GW170817.mp4

 

Source :  https://artemis.oca.eu/fr/actualite/1232-ligo-et-virgo-font-la-premiere-detection-d-onde-gravitationnelles-d-une-collision-d-etoiles-a-neutrons

 

 

Les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs constituent un signal très particulier : la fréquence et l'amplitude du signal augmentent à mesure que les astres s'approchent de plus en plus vite en spirale l'un vers l'autre. Les deux astres finissent par fusionner en formant un trou noir dont l'« horizon des événements », sa frontière en quelque sorte, est très déformé. Il se stabilise en une fraction de seconde et devient un trou noir en rotation sur lui-même, de forme plus régulière. C'est cette coalescence qui a produit des ondes gravitationnelles suffisamment intenses pour être détectées.

 

 

 

Edited by vaufrègesI3
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Il y a 10 heures, vaufrègesI3 a dit :
Il y a 11 heures, jackbauer 2 a dit :

Pour la question 1, toutes leurs analyses se basent sur des simulations informatiques qui leur servent de modèle

 

En effet, grâce à des simulations numériques sur superordinateurs, il est possible de remonter de la forme de l'onde gravitationnelle aux caractéristiques des astres compacts qui l'ont produite lors d'une collision et d'une fusion.

 

Inutile de sortir une telle artillerie lourde. L'observation "à l'oeil" du signal permet de déterminer la fréquence orbitale (moitié moindre que la fréquence des ondes gravitationnelles), et sa dérivée temporelle (la fréquence augmente avec l'intensité). Un raisonnement newtonien permet d'établir que la constante de temps qu'on en déduit est proportionnelle à une combinaison des deux masses, appelé masse de gazouillis (puisque c'est bien connu, le gazouillis du rossignol augmente en intensité et en fréquence). Si de plus le signal est plutôt symétrique, on sait que le rapport des deux masses est relativement proche de 1. Ces deux informations permettent de déterminer la masse des deux composantes. Même avec les incertitudes, il n'y a aucune difficulté à savoir si on est aux alentours de 1,5 masse solaire ou plus de 3.

 

Déterminer plus finement les paramètres nécessite par contre des simulations assez lourdes.

 

 

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il y a 9 minutes, dg2 a dit :

la constante de temps qu'on en déduit est proportionnelle à une combinaison des deux masses, appelé masse de gazouillis

 

Merci dg2..

Punaise… "masse de gazouillis".. ça je vais essayer de le retenir, c'est magnifique ! xD 

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