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2016 : Les ondes gravitationnelles

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2016 : Les ondes gravitationnelles

Message par Admin le Dim 7 Aoû - 22:33

Source : http://www.lefigaro.fr/sciences/2016/02/08/01008-20160208ARTFIG00262-les-ondes-gravitationnelles-predites-par-einstein-auraient-ete-decouvertes.php


Citation :Vue d'artiste des fluctuations de l'espace-temps provoquées par le rapprochement de deux trous noirs.


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Le site d'information de la revue Science rapporte que la découverte des ondes gravitationnelles devrait être annoncée jeudi prochain à New York.



Ce n'est toujours qu'une rumeur, mais elle devient tout de même plus précise: des détecteurs américains auraient enregistré les premières traces d'ondes gravitationnelles, un phénomène prédit par Albert Einstein en 1916 mais jamais observé. Le jeudi 11 février, la Columbia University devrait faire une annonce «majeure», qui selon plusieurs physiciens s'exprimant sur les réseaux sociaux serait la détection par les observatoires américains LIGO d'ondes gravitationnelles provoquées par la fusion brutale de deux trous noirs à des millions d'années-lumière.
La découverte serait publiée le même jour dans la revue Nature, dévoile le site d'information de son grand concurrent américain Science. Celui-ci publie un e-mail de Clifford Burgess, physicien à l'université McMaster au Canada, qui aurait été mis en ligne par l'un de ses étudiants. Selon ce mail, le signal aurait été enregistré par les deux sites du détecteur LIGO, l'un en Louisiane, l'autre dans l'État de Washington, avec un décalage temporel entre les deux qui correspond à une transmission à la vitesse de la lumière.
Capture d'écran du tweet rapportant un e-mail du physicien canadien Clifford Burgess.
Toujours selon la même source, les deux trous noirs qui ont fusionné pesaient respectivement 36 et 29 fois la masse du Soleil. Et la résultante de leur fusion ne pèserait plus que 62 masses solaires, soit 3 de moins.
Chacun des deux observatoires LIGO consiste en deux faisceaux lasers projetés dans des tunnels de 4 km de long qui sont parfaitement perpendiculaires. Par des jeux de miroirs, les physiciens sont capables de dire si la longueur de l'un des tunnels s'est brièvement raccourci, ou allongée, par rapport à l'autre. Une déformation infinitésimale de l'ordre du milliardième de milliardième de mètre qui peut être le signe du passage des ondes gravitationnelles, des infimes «froissements» du tissu spatio-temporel.
LIGO a fonctionné de 2002 à 2010 sans enregistrer aucun signal d'onde gravitationnelle. Une longue et coûteuse mise à jour a permis de multiplier sa sensibilité par quatre, avec une reprise des observations scientifiques en septembre 2015, cette fois-ci apparemment couronnée de succès. Les chercheurs américains de LIGO collaborent avec leurs homologues français et italiens de l'observatoire VIRGO, installé en Italie, et qui devrait atteindre la même sensibilité que les sites américains l'année prochaine
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Re: 2016 : Les ondes gravitationnelles

Message par Admin le Dim 7 Aoû - 22:37

Comme prévu, c'est officiel.

Source : http://www.francetvinfo.fr/sciences/trois-questions-pour-tenter-de-comprendre-les-ondes-gravitationnelles_1310359.html

Citation :Une découverte majeure, disent en chœur tous les spécialistes. Des chercheurs ont annoncé, jeudi 11 février, la première détection directe d'onde gravitationnelle. Cette onde a été repérée aux Etats-Unis le 14 septembre 2015 par deux instruments de mesure situés à 3 000 km de distance. Elle est née, selon les scientifiques, pendant la dernière fraction de seconde avant la fusion de deux trous noirs.

Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre sur l'univers et ses mystères. En trois questions, francetv info tente de mieux cerner le phénomène.

Que sont les ondes gravitationnelles ?

Les ondes gravitationnelles sont des infimes ondulations de l'espace-temps qui se propagent dans l'univers à la vitesse de la lumière. Elles sont produites par de légères perturbations de cet espace-temps, sous l'effet du déplacement d'un objet de grande masse.

Avant d'être détectées, ces ondes avaient été conceptualisées en 1916 par Albert Einstein, dans la foulée de sa théorie de la relativité générale. Le physicien a décrit la gravitation comme une déformation de l'espace. Les masses, comme le Soleil par exemple, courbent l'espace, à la manière de quelqu'un qui se trouve sur un trampoline. Si les masses sont petites, la déformation est faible (un petit pois sur un trampoline, cela ne fait rien). Si les masses sont grandes, la déformation est importante (une personne sur un trampoline déforme la toile).

Si les masses bougent et connaissent une accélération, ces déformations vont se déplacer et se propager à travers l'espace, formant des ondes gravitationnelles. Celles-ci sont semblables aux ronds dans l'eau se propageant à la surface d'un étang lorsqu'on y jette une pierre. Plus on est loin du jet de pierre, plus la vague devient faible.

Qu'est-ce qui a été observé ?

Cent ans après la théorie formulée par Einstein, cette onde a été détectée pour la première fois le 14 septembre dernier par les chercheurs de Ligo, un observatoire américain composé de deux instruments géants éloignés de 3000 km. L'un se situe à Livingston, en Louisiane (dans le sud du pays), et le second à Hanford, dans l'Etat de Washington (nord-ouest).

L'interféromètre (c'est le nom de l'instrument géant) se compose de deux bras perpendiculaires longs de 4 kilomètres. Dans ces deux bras circule un faisceau laser qui se réfléchit à chaque extrémité sur des miroirs. Lorsqu'une onde gravitationnelle arrive, l'étirement et la compression de l'espace qui en résulte fait que les bras de l'interféromètre s'étirent et raccourcissent alternativement. Ce qui permet de mesurer l'amplitude de l'onde gravitationnelle.

L'onde gravitationnelle détectée le 14 septembre a produit une différence de l'ordre d'un cent-millionième de la taille d'un atome, selon le CNRS. La probabilité qu'une fluctuation fortuite ne se produise de manière simultanée dans les deux instruments était inférieure à une sur 200 000 ans de données. Les scientifiques en concluent donc qu'il ne s'agit pas du hasard, mais bien d'une onde gravitationnelle.

Quels enseignements pourra-t-on en tirer ?

L'onde gravitationnelle observée en septembre est née, selon les physiciens, pendant la dernière fraction de seconde avant la fusion de deux trous noirs. Ces objets célestes encore mystérieux résultent de l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives. Cette collision s'est déroulée il y a 1,3 milliard d'années entre deux trous noirs qui étaient 29 et 36 fois plus massifs que notre Soleil. Un tel phénomène n'avait jamais été observé.

Cette découverte est jugée "enthousiasmante pour la physique et très prometteuse pour l'astrophysique et l'astronomie", assure à l'AFP l'astrophysicien David Shoemaker, responsable du Ligo au Massachusetts Institute of Technology (MIT). 

Ces ondes gravitationnelles devraient donner de précieuses indications sur des corps de grande masse. Notamment sur les trous noirs, forcément invisibles puisqu'ils aspirent la lumière. Les astrophysiciens, par exemple, ignorent encore comment ces trous noirs, qui se trouvent au centre de quasiment toutes les galaxies, grossissent. 

De façon plus générale, ces ondes devraient permettre d'observer les phénomènes du cosmos les plus violents et fondamentaux, quasiment inobservables autrement. Le fait de pouvoir détecter ces ondes qui voyagent sans perturbations pendant des milliards d'années rend possible, selon les chercheurs, de remonter à la première milliseconde du Big Bang.
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Re: 2016 : Les ondes gravitationnelles

Message par Admin le Dim 7 Aoû - 22:38

Et l'article de Alain :
Citation :Enorme secousse dans le monde scientifique, pour une découverte majeure, à ranger au sommet des plus grandes percées de la connaissance. Pour la première fois, des vibrations venues de l’espace et d’une étrange nature ont été détectées sur terre, confirmant une prédiction d’Albert Einstein vieille d’un siècle.
Ces tressautements, baptisés « ondes gravitationnelles », compriment et dilatent à la vitesse de la lumière l’espace-temps qui nous entoure, comme le son le fait avec l’air. « Ou comme du veau en gelée tremblote lorsqu’on le secoue », aime à dire Thibault Damour, spécialiste de la relativité générale à l’Institut des hautes études scientifiques à Bures-sur-Yvette (Essonne).

L’espace-temps, c’est-à-dire la trame même du monde dans lequel nous vivons, est donc un contenant élastique, susceptible d’onduler à la manière des rides à la surface d’une eau perturbée par le lancer d’un caillou.
La détection de ce premier clapotis cosmique est détaillée dans la revue Physical Review Letters du 11 février par l’équipe de l’instrument LIGO, aux Etats-Unis, en collaboration avec celles de Virgo, en Italie, et de GEO600, en Allemagne. Les résultats sont présentés parallèlement à Washington par les scientifiques.

Les chercheurs ont repéré l’infime effet du passage d’une telle onde, qui a la capacité étonnante de distordre les distances, de les allonger ou de les réduire très légèrement. Aucune autre onde ne peut le faire. L’effet est faible, de l’ordre d’une variation du dix millième de la taille d’une particule élémentaire (environ 10-19 m). 

Autrement dit, comme si l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure, située à plus de quatre années-lumière de la Terre, se rapprochait de nous d’un demi-diamètre de cheveu…

Des « sismographes » géants
Pour mesurer une si minuscule distance, les chercheurs ont construit depuis vingt ans des « amplificateurs » géants. LIGO est ainsi fait de deux tunnels perpendiculaires de quatre kilomètres de long chacun. A l’intérieur, deux faisceaux laser, parfaitement synchronisés entre eux, effectuent des dizaines d’allers-retours entre des miroirs. Puis ces deux rayons sont recombinés à la sortie afin de vérifier leur synchronisation. Si une onde gravitationnelle secoue l’espace-temps et se propage jusque-là, elle étire un trajet lumineux avant l’autre, désynchronisant les lasers.
C’est ce qui s’est passé le 14 septembre 2015 sur les deux sites américains jumeaux construits en Louisiane et dans l’Etat de Washington à 3 000 kilomètres de distance. Les « sismographes » se sont agités avec 7 millisecondes de décalage.

« D’une certaine manière, c’est la première preuve directe de l’existence des trous noirs » Thibault Damour (IHES)
Le signal enregistré par les chercheurs précise, en outre, l’origine de cette secousse, apportant une seconde découverte majeure. Il s’agit de la fusion de deux trous noirs en un nouveau, deux fois plus gros. Le duo est, respectivement, vingt-neuf et trente-six fois plus massif que le Soleil, et situé à environ un milliard d’années-lumière de la Terre.
« D’une certaine manière, c’est la première preuve directe de l’existence des trous noirs », affirme Thibault Damour, dont les calculs théoriques en 2000 ont prédit le signal attendu. « C’est incroyable que l’humanité ait pu voir ce phénomène. Il vient de si loin. C’est magnifique », ajoute le chercheur.

Mieux, les chercheurs ont vu respirer ces géants d’où aucune lumière ni matière ne peut s’échapper. Lorsque les deux trous noirs se rapprochent, des ondes gravitationnelles sont créées, affolant périodiquement les détecteurs de LIGO. Puis, quand ils fusionnent, l’objet patatoïde qui en résulte n’adopte pas immédiatement une forme stable. Il vibre, telle une cloche, et fait trembler la gelée cosmique jusqu’aux détecteurs terrestres, d’une manière différente de la sarabande précédente. Un nouveau trou noir est en train de naître.

« Nous verrons enfin des choses jamais vues parce qu’elles n’émettent pas de lumière », Pierre Binétruy (professeur à l’université Paris-VII)
C’est à ce spectacle et à bien d’autres que rêvent d’assister plus souvent les astronomes désormais. « Cela ouvre une grande période nouvelle et excitante. L’Univers est mû par la gravité, mais on ne l’observe qu’avec la lumière. Nous verrons enfin des choses jamais vues parce qu’elles n’émettent pas de lumière, estime Pierre Binétruy, professeur à l’université Paris-VII. Nous changeons d’époque. »

Seuls des événements impliquant de gros objets en mouvement peuvent faire osciller la gelée de veau cosmique. Comme des étoiles explosant en supernova ; ou des étoiles mourant et se contractant en trou noir ou en étoiles à neutrons, appelées également « pulsars », qui condensent l’équivalent de la masse du Soleil sur seulement dix kilomètres de rayon ; ou encore l’origine violente de l’Univers au moment du Big Bang, il y a plus de treize milliards d’années.

Une nouvelle fenêtre astronomique
Cette première découverte ouvre donc une nouvelle fenêtre astronomique sur ces phénomènes, en élargissant le spectre des moyens d’observation après la lumière visible, les rayons X, infrarouges, ultraviolets, les ondes radio ou même les neutrinos (des particules quasiment sans masse qui interagissent peu avec la matière).
Pour la suite, Virgo fait actuellement peau neuve pour être aussi précis que son collègue américain. Les Japonais achèvent Kagra ; les Indiens, LIGO India. Et les chercheurs voient encore plus loin. Les instruments terrestres sont en effet limités à l’observation d’objets peu massifs et proches, toutes proportions gardées.

En effet, plus les « cailloux » agitant l’espace-temps sont gros, plus les crêtes des vagues créées sont éloignées et plus il faut des bras grands pour en saisir le passage. Des trous noirs, plusieurs millions de fois plus lourds que le Soleil, comme celui au cœur de notre galaxie, resteront en fait invisibles à LIGO et à Virgo.

La suite consistera à installer en orbite E-Lisa, une sorte de triangle de faisceaux laser dont les « bras » d’un million de kilomètres de long bougeraient sous l’effet d’ondes gravitationnelles. Lancement prévu dans les années 2030. En prévision de cette construction, l’Agence spatiale européenne a mis, le 3 décembre 2015, sur orbite LisaPathfinder, un satellite destiné à tester des technologies nécessaires à E-Lisa.

Cette détection d’ondes gravitationnelles, aussi compliquée soit-elle, n’est pas une surprise. La relativité générale est fiable et éprouvée depuis de nombreuses années : la plupart des phénomènes étranges prévus par cette théorie ont déjà été observés. Par exemple, les gros objets dévient les rayons lumineux, ce qui décale effectivement la position des étoiles dans le ciel. Ou bien, une horloge bat moins vite le tempo en altitude qu’en surface (une information essentielle pour corriger les signaux des satellites de localisation, GPS ou Galileo, qui sans cela nous ferait perdre le nord).
Quant aux ondes gravitationnelles elles-mêmes, leur présence avait été repérée en 1978 et saluées par un prix Nobel en 1993 : la rotation de deux pulsars se tournant autour s’accélérait à cause de l’émission d’ondes gravitationnelles entre les deux objets. En revanche, jamais ces ondes n’avaient été ressenties sur Terre.

S’il ne fait pas de doute qu’un prix Nobel couronnera cette découverte, les noms des lauréats seront difficiles à choisir. L’Américain Rainer Weiss, du MIT, est à l’origine, dans les années 1970, des premières études précises sur les défis à relever pour de futurs instruments. Kip Thorne, charismatique physicien américain, a poussé à la réalisation de LIGO dans les années 1990. Ronald Drever, un Ecossais, a eu l’une des idées clés permettant d’augmenter la puissance des lasers.

Côté européen, le Français Alain Brillet et l’Italien Adalberto Giazotto ont contribué largement aux techniques optiques et mécaniques nécessaires au fonctionnement parfait de Virgo. Et, bien sûr, les porte-parole de LIGO, Gabriela Gonzalez, ou de Virgo, Fulvio Ricci, sont aussi sur les rangs. De quoi secouer encore le Landerneau scientifique.

Un siècle d’attente
Albert Einstein par sa double théorie de la relativité restreinte (1905) et générale (1915) a bouleversé les notions intuitives de temps, d’espace et d’énergie.

Selon la première théorie, la description complète et correcte de l’Univers ne doit pas séparer le temps et les positions dans l’espace mais les considérer ensemble : un point dans l’espace-temps est en fait un événement, c’est-à-dire une position attachée à un temps. Le temps absolu n’existe pas. Il dépend des vitesses relatives entre observateurs, par exemple. Une horloge qui se déplace affiche un temps qui s’écoule plus lentement qu’une autre immobile.
Une conséquence de la seconde théorie est que cet espace est structuré par la force de gravitation : les objets lourds courbent l’espace-temps, comme une boule s’enfonce dans un drap tendu. En retour, la structure de l’espace-temps force la matière et la lumière à suivre ses courbes. C’est dans cet espace élastique que nous vivons et que se propagent les ondes gravitationnelles qui distordent les distances, comme le son est une compression de l’air.

En savoir plus sur http://www.lemonde.fr/sciences/article/2016/02/11/les-ondes-gravitationnelles-detectees-un-siecle-apres-avoir-ete-predites_4863745_1650684.html#IeOgU0SHwZzGCXOQ.99
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Re: 2016 : Les ondes gravitationnelles

Message par Admin le Dim 7 Aoû - 22:43

Bonsoir,
un autre article paru dans FuturaScience qui nuance un peu l'annonce de la semaine dernière, mais en lisant le fil depuis le début on se rend bien compte que c'est tout à fait ça.

Citation :Mise au point sur la détection des ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles sont de petites vibrations de l’espace et la journée du 11 février fut historique pour celles-ci ! Nous venons de vivre un événement majeur.

Avant d’entrer dans le vif du sujet, je veux commencer par commenter le titre provocateur de ce billet : il ne s’agit nullement de contester ni de dénigrer la magnifique détection opérée par l’expérience Ligo et moins encore d’en contester l’intérêt phénoménal. Il s’agit d’une mesure à la fois sidérante et émouvante. Voir des trous noirs de cette manière est sans précédent dans notre histoire et je vais y venir en conclusion. Mais je crois néanmoins qu’il est important de produire certains éclaircissements par rapport à différentes analyses un peu trop rapides qui fleurissent ici et là, de façon à ce que cette avancée exceptionnelle soit appréciée pour ce qu’elle est vraiment !

1) Vient-on de découvrir les ondes gravitationnelles ?

Non. La découverte est ancienne. Une découverte, en effet, est une indication que l’on considère comme suffisamment fiable pour lui accorder notre crédit. Ce n’est jamais une preuve irréfutable. C’est un faisceau d’indices qui convergent. On ne peut pas être certain, par exemple que ce qu’a mesuré le Cern est bien le boson de Higgs prévu par nos théories. Mais cela semble si crédible que nous pouvons collectivement nous mettre d’accord sur le fait qu’il s’agit très vraisemblablement de la découverte expérimentale du Higgs.

Et ce sens, je crois qu’on peut s’accorder à considérer que les ondes gravitationnelles avaient déjà, et depuis bien longtemps, été découvertes ! En effet, le système binaire de Hulse-Taylor, un pulsar tournant autour d’une étoile à neutrons, étudié dès 1974 a permis de montrer que la variation de période orbitale observée était exactement expliquée par l’émission d’ondes gravitationnelles. S’ensuivit le prix Nobel en 1993. D’autres systèmes de ce type furent découverts, tous en parfaite adéquation avec ce que prédisait l’émission d’ondes gravitationnelles. À ma connaissance, plus personne ne doutait donc de l’existence des ondes gravitationnelles. La détection a donc déjà eu lieu il y a des décennies.

On pourrait objecter qu’il s’agissait d’une détection indirecte tandis que celle, toute récente, de Ligo est directe. Je pense que cette distinction n’a aucun sens épistémologique. Aucune détection n’est jamais « directe » : on observe les effets secondaires d’un phénomène physique sur des objets utilisés comme outils de mesure. C’est ce qui a lieu dans les deux expériences considérées et la seconde (Ligo) n’est pas plus « directe » que la première. Je suis persuadé que si l’interféromètre de type Ligo existait naturellement et que nous avions nous-mêmes construit le système binaire, c’est à ce dernier que nous donnerions le qualificatif de « détection directe ».


Source : http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronomie-ondes-gravitationnelles-mise-point-physicien-aurelien-barrau-61619/
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Re: 2016 : Les ondes gravitationnelles

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