La coopération internationale fournit de nouvelles preuves du bruit de fond des ondes gravitationnelles

Une équipe internationale d’astronomes comprenant des scientifiques de l’Institut d’astronomie des ondes gravitationnelles de l’Université de Birmingham a annoncé les résultats d’une recherche approfondie sur le contexte des ondes gravitationnelles ultra-hautes fréquences.

Ces ondulations à l’échelle de l’année-lumière, résultant de la théorie de la relativité générale d’Einstein, imprègnent tout l’espace-temps et peuvent résulter de plus de fusions énormes trous noirs Dans l’univers ou à partir d’événements survenus peu de temps après la formation de l’univers lors du Big Bang. Les scientifiques recherchent des preuves définitives de ces signaux depuis plusieurs décennies.

la Groupe horaire international Pulsar (IPTA), qui a rejoint les travaux de nombreuses collaborations en astrophysique du monde entier, a récemment terminé ses recherches sur ondes gravitationnelles Dans la dernière version officielle des données, connue sous le nom de Data Release 2 (DR2).

Cet ensemble de données se compose de 65. données de synchronisation précises Pulsars millisecondesLe reste stellaire tourne des centaines de fois par seconde, balayant d’étroits faisceaux d’ondes radio qui apparaissent comme des impulsions de rotation – obtenu en combinant des ensembles de données indépendants des trois membres fondateurs de l’IPTA : European Star Timing Array (EPTA), Observatory North American gravitational nanohertz (NANOGrav) et l’ensemble de temps Parkes Pulsar de l’Australie (PPTA).

Ces données combinées révèlent des preuves solides debasse fréquence Un signal détecté par plusieurs pulsars dans les données collectées. Les caractéristiques de ce signal commun entre les pulsars sont cohérentes avec celles attendues du « fond » des ondes gravitationnelles.

L’arrière-plan des ondes gravitationnelles est formé par de nombreux signaux d’ondes gravitationnelles interférentes émis par des amas cosmiques de trous noirs supermassifs binaires (c’est-à-dire deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre et finissant par fusionner) – similaire à bruit de fond Des nombreuses voix entrelacées dans une salle bondée.

Ce résultat renforce l’émergence progressive d’indices similaires qui ont été trouvés dans les ensembles de données individuels des participants pulsar Le calendrier de la coopération au cours des dernières années.

Le professeur Alberto Vecchio, directeur de l’Institute for Gravitational Wave Astronomy de l’Université de Birmingham et membre de l’EPTA, a déclaré : « Détecter les ondes gravitationnelles d’un groupe de binaires de trous noirs massifs ou d’une autre source cosmique nous donnera des informations sans précédent sur la façon dont la formation des galaxies et la croissance, ou les processus cosmiques qui se produisent. Dans l’univers infantile. Un effort international majeur à l’échelle de l’IPTA est nécessaire pour atteindre cet objectif, et les prochaines années pourraient nous apporter un âge d’or pour ces explorations cosmiques. « 

Le Dr Siwan Chen, membre de l’EPTA et de NANOGrav et responsable de la recherche et de la publication IPTA DR2 dit.

Le Dr Boris Goncharov de la PPTA met en garde contre les explications possibles de ces signaux communs : « Nous examinons également ce que ce signal pourrait être. Par exemple, il peut être causé par du bruit dans les données de pulsars individuels qui pourraient contenir une erreur dans nos analyses.

Pour déterminer le fond d’onde gravitationnelle comme origine du signal ultra-basse fréquence, l’IPTA doit également détecter les corrélations spatiales entre les pulsars. Cela signifie que chaque paire de pulsars doit répondre d’une manière très particulière aux ondes gravitationnelles, en fonction de la distance qui les sépare dans le ciel.

Ces corrélations distinctes entre les paires de pulsars forment un « hexagone de fumée » pour la détection du bruit de fond des ondes gravitationnelles. Sans cela, il est difficile de prouver qu’un autre processus n’est pas responsable du signal. Il est intéressant de noter que le premier signal du fond des ondes gravitationnelles sera un signal commun tel que celui observé dans IPTA DR2. La question de savoir si un signal très basse fréquence spectralement similaire est lié entre les pulsars selon les prédictions théoriques sera résolu en collectant plus de données, en élargissant les réseaux de pulsars d’observation et en recherchant continuellement les ensembles de données plus longs et plus volumineux qui en résultent.

Des signaux cohérents tels que ceux récupérés par l’analyse IPTA ont également été publiés dans des ensembles de données individuels qui sont plus récents que ceux utilisés pour IPTA DR2, de chacune des trois coopératives constitutives. L’analyse IPTA DR2 démontre la force de la synthèse internationale qui fournit des preuves plus solides contre le fond des ondes gravitationnelles que les preuves marginales ou absentes des ensembles de données des composants. De plus, de nouvelles données du télescope MeerKAT et de l’Indian Pulsar Time Array (InPTA), le plus récent membre de l’IPTA, élargiront encore les futurs ensembles de données.

« Le premier indice d’une onde gravitationnelle de fond sera un signal comme celui vu dans IPTA DR2. Ensuite, avec plus de données, le signal deviendra plus significatif et les corrélations spatiales apparaîtront, à quel point nous saurons qu’il s’agit d’un fond gravitationnel Nous sommes impatients de fournir pour la première fois plusieurs années de données nouvelles à l’IPTA, afin d’aider à détecter le bruit de fond des ondes gravitationnelles, a déclaré le Dr Bhal Chandra Joshi, membre de l’InPTA.

Compte tenu des derniers résultats publiés par des groupes individuels qui peuvent désormais tous récupérer clairement le signal partagé, l’IPTA est optimiste quant à ce qui peut être réalisé une fois qu’il sera intégré à la publication de données IPTA 3. Cette nouvelle publication de données est déjà en cours, qui comprendra au un minimum d’ensembles de données PTA mis à jour Les quatre composantes de l’IPTA. L’analyse de l’ensemble de données DR3 devrait être terminée au cours des prochaines années.

Le Dr Maura McLaughlin de la collaboration NANOGrav déclare : « Si le signal que nous voyons actuellement est le premier indice. fond d’onde de gravité, puis sur la base de nos simulations, il est possible que nous ayons des mesures plus spécifiques des corrélations spatiales nécessaires pour déterminer de manière concluante l’origine du signal partagé dans un proche avenir. »