C’est long on a dit qu’il n’y a pas de son dans l’espace, et c’est vrai, jusqu’à un certain point. Le son conventionnel nécessite un médium pour traverser, et est créé lorsque les particules se compressent et se raréfient, ce qui fait quelque chose d’un fort «bang» pour dans l’espace, où il y a si peu de particules que de tels signaux disparaissent, même les éruptions solaires, les supernovae, les fusions de trous noirs et autres catastrophes cosmiques se taisent avant même d’être entendues. Mais il existe un autre type de compression et de raréfaction qui ne nécessite rien d’autre que le tissu de l’espace lui-même pour se déplacer: les ondes gravitationnelles. Grâce aux premiers résultats de détection positifs de LIGO, nous « entendons l’Univers pour la toute première fois.

Les ondes gravitationnelles étaient quelque chose qui devait exister pour que notre théorie de la gravité soit cohérente, selon la relativité générale. Contrairement à Newton  » la gravité, où deux masses en orbite autour de l’autre resteraient dans cette configuration pour toujours, la théorie d’Einstein prévoyait que sur une période suffisamment longue, les orbites gravitationnelles se désintégreraient. Pour quelque chose comme la Terre en orbite autour du Soleil, vous ne vivriez jamais pour en faire l’expérience : il faudrait 10 ^ 150 ans pour que la Terre se mette en spirale dans le Soleil. Mais pour des systèmes plus extrêmes, comme deux étoiles à neutrons en orbite l’une autour de l’autre, nous pourrions en fait voir les orbites se désintégrer avec le temps. Afin d’économiser l’énergie, la théorie de la gravité d’Einstein prédit que l’énergie doit être emportée sous forme d’ondes gravitationnelles.

Ces ondes sont extrêmement faibles et leurs effets sur les objets de l’espace-temps sont incroyablement minuscules. Mais si vous savez comment les écouter – tout comme les composants d’une radio savent comment écouter ces ondes lumineuses à longue fréquence – vous pouvez détecter ces signaux et les entendre comme vous entendriez tout autre son. Avec une amplitude et une fréquence, ils ne sont pas différents des autres ondes. La Relativité Générale fait des prédictions explicites pour ce à quoi ces ondes devraient ressembler, les plus gros signaux générateurs d’ondes étant les plus faciles à détecter. La plus grande amplitude sonne tout? C’est le « gazouillis » inspirant et fusionnant de deux trous noirs qui s’enroulent l’un dans l’autre.

En septembre 2015, quelques jours seulement après l’avancée LIGO a commencé à collecter des données pour la première fois, un signal important et inhabituel a été repéré. Cela a surpris tout le monde, car il aurait transporté tellement d’énergie en une courte rafale de 200 millisecondes, qu’il aurait surpassé toutes les étoiles de l’Univers observable. Pourtant, ce signal s’est avéré robuste, et l’énergie de cette explosion provenait de deux trous noirs – de 36 et 29 masses solaires – fusionnant en une seule masse solaire de 62. Ces trois masses solaires manquantes? énergie: ondes gravitationnelles ondulant à travers la structure de l’espace. C’était le premier événement détecté par LIGO.

C’est maintenant plus d’un an plus tard, et LIGO en est actuellement à sa deuxième édition. Non seulement d’autres fusions trou noir-trou noir ont été détectées, mais l’avenir de l’astronomie des ondes gravitationnelles est prometteur, car de nouveaux détecteurs ouvriront nos oreilles à de nouveaux types de sons. Les interféromètres spatiaux, comme LISA, auront des lignes de base plus longues et entendront des sons de fréquence plus basse: des sons comme des fusions d’étoiles à neutrons, des trous noirs supermassifs et des fusions avec des masses très inégales.Les tableaux de synchronisation pulsar peuvent mesurer des fréquences encore plus basses, comme des orbites qui prennent des années à se terminer, comme la paire de trous noirs supermassifs: JO 287. Et des combinaisons de nouvelles techniques chercheront les ondes gravitationnelles les plus anciennes de toutes, les ondes reliques prédites par l’inflation cosmique. , tout le chemin du retour au début de notre Univers.

Il ya tellement de choses à entendre, et nous venons de commencer à écouter pour la première fois. Heureusement, l’astrophysicienne Janna Levin – auteur du livre fantastique, Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – est sur le point de donner la conférence publique à l’Institut Perimeter ce soir, le 3 mai à 19 h 00, heure de l’Est / 16 h 00 dans le Pacifique, et ce sera diffusé en direct ici et blogué en direct par moi en temps réel! Rejoignez-nous alors pour en savoir plus sur ce sujet incroyable, et j’ai hâte de l’entendre parler.

Le blog en direct commencera quelques minutes avant 16h00 Pacifique; rejoignez-nous ici et suivez-nous!

15h50: Il reste dix minutes avant le spectacle, et pour fêter ça, voici dix faits amusants (ou autant que nous pouvons à propos de la gravité et des ondes gravitationnelles.

1.) Au lieu de «l’action à distance», où une force invisible s’exerce entre les masses, la relativité générale dit que la matière et l’énergie déforment le tissu de l’espace-temps, et cet espace-temps déformé est ce qui se manifeste sous forme de gravitation.

2.) Au lieu de voyager à une vitesse infinie, la gravitation ne se déplace qu’à la vitesse de la lumière.

3.) C’est important , car cela signifie que si des changements se produisent dans la position, la configuration, le mouvement, etc. d’un objet massif, les changements gravitationnels qui en résultent ne se propagent qu’à la vitesse de la lumière.

15:54: 4.) Cela signifie que les ondes gravitationnelles, par exemple, ne peuvent se propager qu’à la vitesse de la lumière. Lorsque nous « détectons » une onde gravitationnelle, nous « détectons à nouveau le signal à partir du moment où cette configuration de masse a changé.

5.) Le premier signal détecté par LIGO s’est produit à une distance d’environ 1,3 milliard d’années-lumière. L’univers était environ 10% plus jeune qu’aujourd’hui lorsque cette fusion s’est produite.

6.) Si la gravitation voyageait à une vitesse infinie, les orbites planétaires seraient complètement instables. Le fait que les planètes se déplacent en ellipses autour du Sun exige que si la Relativité Générale est correcte, la vitesse de la gravité doit être égale à la vitesse de la lumière avec une précision d’environ 1%.

15:57: 7.) Il y a beaucoup, beaucoup plus d’ondes gravitationnelles que ce que LIGO a vu jusqu’ici; nous « avons seulement détecté le signal le plus facile à détecter.

8.) Ce qui rend un signal » facile « à voir est une combinaison de son amplitude, qui c’est-à-dire à quel point il peut déformer une longueur de chemin, ou une distance dans l’espace, ainsi que sa fréquence.

9.) Parce que les bras de LIGO ne mesurent que 4 kilomètres de long et que les miroirs reflètent le s’allumer des milliers de fois (mais pas plus), cela signifie que LIGO ne peut détecter que des fréquences de 1 Hz ou plus.

10.) Pour des signaux plus lents, nous avons besoin de bras de levier plus longs et de plus grandes sensibilités, et cela signifie aller dans l’espace. C’est le futur de l’astronomie des ondes gravitationnelles!

16:01: Nous l’avons fait! Il est temps de commencer et de présenter Janna Levin! (Prononcez « JAN-na », pas « YON-na », si vous vous demandiez.)

16h05: Voici la grande annonce / prise de vue: le premier enregistrement direct de la première onde gravitationnelle. Cela a pris 100 ans après qu’Einstein a mis en avant la relativité générale, et qu’elle joue un enregistrement!Assurez-vous d’aller écouter! Que signifie « entendre » un son dans l’espace, après tout, et pourquoi est-ce un son? C’est le but, dit-elle, de son discours.

16h08: Si vous considérez ce qui existe dans l’Univers, nous n’avions aucun moyen de savoir quoi que ce soit à la Nous pensions aux taches solaires, à Saturne, etc., et étions complètement incapables de concevoir les grandes échelles ou distances cosmiques. Oubliez de «concevoir d’autres galaxies», nous n’avions pas conçu de tout cela!

16:10: Janna montre une de mes vidéos préférées (que je reconnais) de la Sloan Digital Sky Survey! Ils ont effectué un relevé de 400 000 galaxies les plus proches et les ont cartographiées en trois dimensions. Voici à quoi ressemble notre Univers (à proximité), et comme vous pouvez le voir, il s’agit en réalité d’un espace vide!

16:12: Elle fait un très bon point qu’elle ignore totalement: seulement environ 1 étoile sur 1000 deviendra un trou noir. Il y a plus de 400 étoiles à moins de 30 années-lumière de nous, et aucune d’entre elles n’est des étoiles O ou B, et aucune d’entre elles n’est devenue un trou noir. Ces étoiles les plus bleues, les plus massives et les plus courtes sont les seules à devenir des trous noirs.

16:15: Quand vous considérez « d’où vient la théorie d’Einstein », Janna fait un grand point: l’idée du principe d’équivalence. Si vous avez de la gravité, vous pourriez considérer que vous vous sentez «lourd» dans votre chaise, par exemple. Mais cette réaction que vous avez est exactement la même réaction que vous ressentiriez si vous accélériez plutôt que de graviter. Ce n’est pas la gravité que vous ressentez, ce sont les effets de la matière autour de vous!

16:17: Le groupe OKGO a fait une vidéo volant dans la comète vomi. Janna ne peut pas tout montrer, avec audio, pour des raisons de copyright, et le recommande vivement. Heureusement pour vous, grâce à Internet … la voici! Profitez à votre guise!

16:19: Il y a une autre grande révélation pour la gravité: la façon dont nous comprenons comment les choses fonctionnent vient de regarder comment les choses tombent. La Lune «tombe» autour de la Terre; Newton s’en est rendu compte. Mais la Terre tombe autour du Soleil; le Soleil «tombe» autour de la galaxie; et les atomes «tombent» ici sur Terre. Mais la même règle s’applique à tous, tant qu’ils « sont tous en chute libre. Incroyable!

4:21 PM: Voici une révélation amusante: arrêtez de penser à un trou noir comme une matière effondrée et écrasée, même si c’est peut-être ainsi qu’il est né. Au lieu de cela, pensez-y simplement comme une région d’espace vide avec de fortes propriétés gravitationnelles. En fait, si tout ce que vous faisiez était d’assigner une «masse» à cette région de l’espace, cela définirait parfaitement un trou noir Schwarzschild (non chargé, non rotatif).

4 : 23 PM: Si vous tombiez dans un trou noir de la masse du Soleil, vous auriez environ une microseconde, de traverser l’horizon des événements (selon Janna) jusqu’à ce que vous soyez écrasé à mort à la singularité. C’est cohérent avec ce que j’ai calculé une fois, où, pour le trou noir au centre de la Voie lactée, nous aurions environ 10 secondes. Étant donné que le trou noir de la Voie lactée est 4 000 000 fois plus massif que notre Soleil, les mathématiques fonctionnent!

16:26: Comment détecteriez-vous une onde gravitationnelle? Honnêtement, ce serait comme être à la surface de l’océan; vous vous baladeriez de haut en bas le long de la surface de l’espace, et la communauté s’est disputée pour savoir si ces ondes étaient réelles ou non. , en utilisant un appareil phénoménal – une barre en aluminium – qui vibrerait si une onde ondulante « arrachait » très légèrement la barre.

Weber a vu de nombreux signaux de ce type qu’il a identifiés avec des ondes gravitationnelles, mais ceux-ci , n’ont jamais été reproduits ni vérifiés. Il n’était, malgré toute son intelligence, pas un expérimentateur très prudent.

16:29: Il ya une bonne question de Jon Groubert sur Twitter: « J’ai une question sur quelque chose qu’elle a dit – il y a quelque chose à l’intérieur d’un trou noir, n’est-ce pas? Comme une lourde étoile à neutrons. Il devrait y avoir une singularité, qui est soit ponctuelle (pour une singularité non rotative) soit un anneau unidimensionnel (pour un anneau rotatif), mais pas de matière tridimensionnelle condensée, effondrée.

Pourquoi pas?

Parce que pour rester en tant que structure, une force doit se propager et se transmettre entre les particules. Mais les particules ne peuvent transmettre des forces qu’à la vitesse de la lumière. Mais rien, pas même la lumière, ne peut se déplacer «vers l’extérieur» vers la sortie d’un trou noir; tout va vers la singularité. Et ainsi rien ne peut se retenir, et tout s’écroule dans la singularité. Triste, mais la physique rend cela inévitable.

16:32: Après les échecs de Weber (et la chute de la renommée), l’idée de LIGO est venue de Rai Weiss dans les années 1970. Il a fallu plus de 40 ans pour que LIGO se concrétise (et plus de 1000 personnes pour y arriver), mais le plus fantastique était que c’était possible expérimentalement. En fabriquant deux très longs bras de levier, vous pouviez voir l’effet d’une onde gravitationnelle qui passait .

16:34: Ceci est ma vidéo préférée illustrant ce que fait une onde gravitationnelle. Elle déplace l’espace lui-même (et tout ce qu’il contient) d’avant en arrière d’un petit montant. Si vous avez installé un interféromètre laser (comme LIGO), il peut détecter ces vibrations. Mais si vous étiez assez près et que vos oreilles étaient suffisamment sensibles, vous pourriez sentir ce mouvement dans votre tympan!

4: 35 PM: J’ai de très bons écouteurs, Perimeter, mais malheureusement je n’entends pas les différents signaux de modèle d’onde gravitationnelle que Janna joue!

16:38: C’est drôle penser que c’est le vide le plus avancé au monde, à l’intérieur des détecteurs LIGO. Pourtant, les oiseaux, les rats, les souris, etc., sont tous là-dessous, et ils se frayent un chemin dans presque la chambre à vide que la lumière traverse. Mais si le vide avait été rompu (il est constant depuis 1998), l’expérience aurait été terminée. En Louisiane, des chasseurs ont tiré sur les tunnels du LIGO. C’est horrible à quel point cet équipement est sensible et coûteux, mais pourtant fragile tout l’est aussi.

16:41: Janna fait un très bon travail en racontant cette histoire d’une manière suspensive mais très humaine. Nous n’avons vu que les dernières orbites de deux trous noirs en orbite, considérablement ralentis dans le film ci-dessus. Ils n’étaient qu’à quelques centaines de kilomètres l’un de l’autre, ces quatre dernières orbites ont duré 200 millisecondes, et c’est la totalité du signal que LIGO a vu.

16:43: Si vous avez du mal à écouter / entendre les événements de la conférence, écoutez cette vidéo (ci-dessus), à la fois avec une hauteur naturelle et une hauteur accrue. Les plus petits trous noirs (environ 8 et 13 masses solaires) du 26 décembre 2015 sont à la fois plus silencieux et plus hauts que les plus grands (29 et 36 masses solaires) à partir du 14 septembre de la même année.

16h46: Juste une petite correction: Janna dit que c’était l’événement le plus puissant jamais détecté depuis le Big Bang. Et ce n’est que techniquement vrai, en raison des limites de notre détection.

Lorsque nous obtenons des fusions de trous noirs, environ 10% de la masse du trou noir le moins massif d’une paire de fusion est convertie en énergie pure via Einstein « s E = mc2. 29 masses solaires, c’est beaucoup, mais il y aura des trous noirs de centaines de millions ou même de milliards de masses solaires qui ont fusionné. Et nous en avons la preuve.

16:49: Il s’agit du JO 287, où un trou noir de 150 millions de masse solaire tourne autour d’un ~ 18 milliard de trous noirs de masse solaire. Il faut 11 ans pour qu’une orbite complète se produise, et la Relativité Générale prédit ici une précession de 270 degrés par orbite, contre 43 secondes d’arc par siècle pour Mercure.

16:51: Janna a fait un travail incroyable en terminant à l’heure ici; Je n’ai jamais vu une heure de conversation se terminer après 50 minutes lors d’une conférence publique de l’Institut Périmètre. Wow!

16:52: Que se passerait-il si la Terre était aspirée un trou noir? (Q & Une question de Max.) Bien que Janna « donne une bonne réponse, je » voudrais souligner que, du point de vue des ondes gravitationnelles, La Terre serait déchiquetée, et nous « obtiendrions un signal d’onde » étalé « , ce serait un signal statique beaucoup plus bruyant. Une fois la Terre engloutie, l’horizon des événements ne croîtrait que légèrement, car trois millionièmes supplémentaires de masse solaire augmentaient le rayon du trou noir de cette infime quantité correspondante.

16:55 : Quelle conversation amusante, une excellente et vive Q & Une session et une expérience formidable dans l’ensemble. Profitez-en encore et encore, car la vidéo de la conférence est désormais intégrée en tant que lien permanent . Merci de vous être connecté!