Il y a un trou noir supermassif au centre de notre galaxie, et ce n'est pas seul. Il y a également une forêt de trous noirs binaires, d'étoiles à neutrons et de nains blancs. Tous ces éléments émettent des ondes gravitationnelles car elles se rapprochent progressivement de plus en plus. Ces ondes gravitationnelles sont trop faibles pour que nous puissions détecter pour le moment, mais les futurs observatoires pourront les observer. Cela pose un défi astronomique intéressant.
À l'heure actuelle, nos observatoires d'ondes gravitationnelles ne peuvent voir que les derniers moments d'un trou noir ou d'une fusion d'étoiles à neutrons. Ce que l'on appelle le chirp des ondes gravitationnelles juste avant la collision des deux corps. Les observatoires futurs comme Lisa devraient nous donner une vision plus longue. Nous devrions être capables de capturer les ondes gravitationnelles bien avant de fusionner.
Cela est particulièrement vrai pour les binaires asymétriques. Si un membre d'un binaire est beaucoup plus grand que l'autre, ou si les deux sont sur une orbite très elliptique, la montée et la baisse du signal gravitationnel seront plus faciles à détecter. C'est l'espoir, car plus nous pouvons observer un binaire inspirant, mieux nous comprendrons la dynamique gravitationnelle.
Mais il existe une autre source d'ondes gravitationnelles qui pourraient frustrer nos observations de binaires. Ceux-ci se produisent lorsqu'une étoile à neutrons ou même un nain brune orbite près du trou noir supermassif de notre galaxie. Quelques dizaines de ces orbites très proches du trou noir et feront leurs propres ondes gravitationnelles comme elles le font. Cela est également utile aux astronomes car les perturbations gravitationnelles du trou noir supermassive nous permettent de mieux comprendre sa dynamique.
Les deux types de systèmes sont des choses que nous aimerions observer, mais comme le montre une étude récente, les deux types de signaux se chevauchent. Au lieu de trouver de nouveaux signaux clairs, Lisa et d'autres observatoires futurs peuvent trouver une cacophonie de bruit gravitationnel.
Dans l'étude, publiée sur le arxiv Préprint Server, les auteurs montrent comment la « forêt » des sources gravitationnelles pourrait noyer les signaux de trou noir binaire s'ils ont une masse moins de 10 000 masses solaires ou plus. Mais ils montrent également comment cette forêt de fond a un profil statistique. Avec une meilleure modélisation, nous pourrions être en mesure de filtrer le fond gravitationnel à partir de signaux intéressants.
Une autre possibilité consiste à utiliser l'apprentissage automatique pour distinguer les signaux uniques de l'intérieur du bruit. Pour des sources telles que l'inspiration des nains bruns, il y aurait probablement des éruptions radio comme les forces de marée du trou noir supermassif stressaient le nain brun. Ainsi, les observations multi-ménsentées de la lumière et de la gravité pourraient distinguer davantage les signaux de fond.
Nous sommes encore à des décennies des observatoires gravitationnels sensibles tels que Lisa, mais comme le montre cette étude, les limites de l'observation ne sont pas notre seul défi. Nous devrons filtrer ces données de manière créative. Ce deuxième défi est quelque chose sur lequel nous pouvons travailler maintenant.
