Le 11 février 2016, des scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO) ont annoncé la première détection des ondes gravitationnelles. Cette évolution, qui a confirmé une prédiction faite par la théorie de la relativité générale d'Einstein un siècle auparavant, a ouvert de nouvelles voies de recherche pour les cosmologistes et les astrophysiciens. C'était également un tournant pour les chercheurs de l'Université Monash, qui ont joué un rôle important dans la découverte.
Et maintenant, un peu plus d'un an plus tard, une équipe de chercheurs du Monash Center for Astrophysics a annoncé une autre révélation potentielle. Sur la base de ses études en cours sur les ondes gravitationnelles, l’équipe a récemment proposé un concept théorique appelé «mémoire orpheline». S'il est vrai, ce concept pourrait révolutionner notre façon de penser les ondes gravitationnelles et l'espace-temps.
Les chercheurs du Monash Center for Astrophysics font partie de ce qui est connu sous le nom de LIGO Scientific Collaboration (LSC) - un groupe de scientifiques dédié au développement du matériel et des logiciels nécessaires pour étudier les ondes gravitationnelles. En plus de créer un système de vérification des détections, l'équipe a joué un rôle clé dans l'analyse des données - en observant et en interprétant les données recueillies - et a également joué un rôle déterminant dans la conception des miroirs LIGO.
Au-delà de ce que LIGO et d'autres expériences (comme l'interféromètre Virgo) ont observé, l'équipe de recherche a cherché à déterminer comment ces capacités de détecteurs pourraient être étendues davantage en trouvant la «mémoire» des ondes gravitationnelles. L'étude qui décrit cette théorie a récemment été publiée dans le Lettres d'examen physique sous le titre "Détection de la mémoire des ondes gravitationnelles sans signaux parents".
Selon leur nouvelle théorie, l'espace-temps ne revient pas à son état normal après qu'un événement cataclysmique génère des ondes gravitationnelles qui le font s'étirer. Au lieu de cela, il reste étiré, qu'ils appellent «mémoire orpheline» - le mot «orphelin» faisant allusion au fait que la «vague parentale» n'est pas directement détectable. Bien que cet effet n'ait pas encore été observé, il pourrait ouvrir des opportunités très intéressantes pour la recherche sur les ondes gravitationnelles.
À l'heure actuelle, les détecteurs comme LIGO et Virgo ne sont capables de discerner la présence d'ondes gravitationnelles qu'à certaines fréquences. À ce titre, les chercheurs ne peuvent étudier que les ondes générées par des types spécifiques d'événements et les retracer jusqu'à leur source. Comme Lucy McNeill, une chercheuse du Monash Center for Astrophysics et l'auteur principal du document, l'a déclaré dans un récent communiqué de presse de l'Université:
«S'il existe des sources exotiques d'ondes gravitationnelles, par exemple à partir de micro trous noirs, LIGO ne les entendrait pas car elles sont trop hautes fréquences. Mais cette étude montre que LIGO peut être utilisé pour sonder l'univers à la recherche d'ondes gravitationnelles que l'on pensait autrefois invisibles. »
Comme ils l'indiquent dans leur étude, les salves d'ondes gravitationnelles à haute fréquence (c'est-à-dire celles qui sont dans ou en dessous de la plage de kilohertz) produiraient une mémoire orpheline que les détecteurs LIGO et Virgo pourraient capter. Cela augmenterait non seulement la bande passante de ces détecteurs de manière exponentielle, mais ouvrirait la possibilité de trouver des preuves d'éclats d'ondes de gravité lors de recherches précédentes qui sont passées inaperçues.
Le Dr Eric Thrane, maître de conférences à la Monash School of Physics and Astronomy et un autre membre de l'équipe LSC, était également l'un des co-auteurs de la nouvelle étude. Comme il l'a déclaré, "ces ondes pourraient ouvrir la voie à l'étude de la physique actuellement inaccessible à notre technologie."
Mais comme ils l'admettent dans leur étude, de telles sources pourraient même ne pas exister et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer que la «mémoire orpheline» est bien réelle. Néanmoins, ils soutiennent que la recherche de sources à haute fréquence est un moyen utile de sonder la nouvelle physique, et cela pourrait révéler des choses que nous ne nous attendions pas à trouver.
«Une recherche de mémoire dédiée aux ondes gravitationnelles est souhaitable. Il aura une sensibilité améliorée par rapport aux recherches en rafale actuelles », déclarent-ils. "De plus, une recherche dédiée peut être utilisée pour déterminer si un candidat à la détection est cohérent avec une rafale de mémoire en vérifiant si les résidus (après la soustraction du signal) sont cohérents avec le bruit gaussien."
Hélas, de telles recherches peuvent devoir attendre les successeurs proposés pour l'expérience Advanced LIGO. Il s'agit notamment du télescope Einstein et de Cosmic Explorer, deux détecteurs d'ondes gravitationnelles de troisième génération proposés. En fonction des découvertes futures, nous pouvons découvrir que l'espace-temps s'étend non seulement de la création d'ondes gravitationnelles, mais porte également les «vergetures» pour le prouver!
