L'astrophysicien de Boulder de l'Université du Colorado, Jeremy Darling, poursuit une nouvelle façon de mesurer le fond des ondes gravitationnelles de l'univers – le flux constant des vagues qui traversent le cosmos, déformant le tissu même de l'espace et du temps.
La recherche, publiée dans Les lettres de journal astrrophysiquepourrait un jour aider à débloquer certains des mystères les plus profonds de l'univers, y compris le fonctionnement de la gravité à son niveau le plus fondamental.
« Il y a beaucoup de choses que nous pouvons apprendre en obtenant ces mesures précises des ondes gravitationnelles », a déclaré Darling, professeur au Département des sciences astrrophysiques et planétaires. « Différentes saveurs de gravité pourraient conduire à beaucoup de différents types d'ondes gravitationnelles. »
Pour comprendre comment ces vagues fonctionnent, cela aide à imaginer la Terre comme une petite bouée se balançant dans un océan orageux.
Darling a expliqué que, tout au long de l'histoire de l'univers, d'innombrables trous noirs supermassifs se sont engagés dans une danse volatile: ces géants se déchaînent de plus en plus de plus en plus jusqu'à ce qu'ils s'écrasent ensemble. Les scientifiques soupçonnent que les collisions qui en résultent sont si puissantes qu'elles génèrent littéralement des ondulations qui s'étalaient dans l'univers.
Ce bruit de fond se lave tout le temps sur notre planète, bien que vous ne le sachiez jamais. Les types d'ondes gravitationnelles que Darling cherche à mesurer ont tendance à être très lentes, passant notre planète au cours des années à des décennies.
En 2023, une équipe de scientifiques appartenant à la collaboration Nanograv a réalisé un coup d'État en mesurant ce pool de vagues cosmiques. Le groupe a enregistré comment le fond d'onde gravitationnel de l'univers s'est étiré et a serré l'espace-temps, affectant la lumière venant sur la Terre des objets célestes appelés pulsars, qui agissent un peu comme des horloges cosmiques.
Mais ces mesures détaillées ont uniquement capturé comment les ondes gravitationnelles se déplacent dans une seule direction – des vagues qui coulent directement vers et loin d'un rivage. Darling, en revanche, veut voir comment les ondes gravitationnelles se déplacent également de côté à l'autre et de haut en bas par rapport à la Terre.
Dans sa dernière étude, l'astrophysicien a obtenu l'aide d'une autre classe d'objets célestes: des quasars ou des trous noirs supermassifs inhabituellement brillants assis dans les centres des galaxies. Darling recherche des signaux des ondes gravitationnelles en mesurant précisément comment les quasars se déplacent par rapport aux autres dans le ciel. Il n'a pas encore repéré ces signaux, mais cela pourrait changer à mesure que davantage de données deviennent disponibles.
« Les ondes gravitationnelles fonctionnent en trois dimensions », a déclaré Darling. « Ils étirent et pressent l'espace-temps le long de notre ligne de vue, mais ils font également que les objets apparaissent d'avant en arrière dans le ciel. »
Galaxies en mouvement
La recherche explore la tâche notoirement délicate d'étudier comment les objets célestes se déplacent, un champ appelé astrométrie.
Darling a expliqué que les quasars reposent des millions d'années-lumière ou plus de la Terre. Alors que la lueur de ces objets accélère vers la Terre, elle ne se déroule pas nécessairement en ligne droite. Au lieu de cela, passer des vagues gravitationnelles déviera cette lumière, presque comme un lanceur de baseball lançant une balle courbe.
Ces quasars ne se déplacent pas réellement dans l'espace, mais à partir de la Terre, ils pourraient ressembler à eux – une sorte de Wiggling cosmique qui se passe tout autour de nous.
« Si vous avez vécu pendant des millions d'années, et que vous pourriez réellement observer ces mouvements incroyablement minuscules, vous verriez ces quasars se tortiller d'avant en arrière », a déclaré Darling.
Ou c'est la théorie. Dans la pratique, les scientifiques ont eu du mal à observer ces ondules. C'est en partie parce que ces mouvements sont difficiles à observer, nécessitant une précision 10 fois supérieure à ce qu'il ne faudrait pour regarder un ongle humain grandir sur la lune de la Terre. Mais notre planète se déplace également dans l'espace.
Notre planète orbite le soleil à une vitesse d'environ 67 000 miles par heure, et le soleil lui-même se précipite dans l'espace à 850 000 milles à 850 000 milles.
La détection du signal à partir d'ondes gravitationnelles, en d'autres termes, nécessite le démêlage du mouvement de la Terre du mouvement apparent des quasars. Pour commencer ce processus, Darling s'est appuyé sur les données du satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne. Depuis le lancement de Gaia en 2013, son équipe scientifique a publié des observations de plus d'un million de quasars sur environ trois ans.
Darling a pris ces observations, divisé les quasars en paires, puis mesuré soigneusement comment ces paires se sont déplacées les unes contre les autres.
Ses résultats ne sont pas encore suffisamment détaillés pour prouver que les ondes gravitationnelles font des quasars se mélanger. Mais, a déclaré Darling, c'est une recherche importante – sans cesse la physique des ondes gravitationnelles, par exemple, pourrait aider les scientifiques à comprendre comment les galaxies évoluent dans notre univers et les aider à tester des hypothèses fondamentales sur la gravité.
L'astrophysicien pourrait bientôt obtenir de l'aide dans cette poursuite. En 2026, l'équipe GAIA prévoit de publier cinq ans et demi d'observations quasar, fournissant un nouveau tréfeuille de données qui pourraient simplement révéler les secrets du fond des vagues gravitationnelles de l'univers.
« Si nous pouvons voir des millions de quasars, alors nous pouvons peut-être trouver ces signaux enterrés dans ce très grand ensemble de données », a-t-il déclaré.
