Relativité et ondes gravitationnelles

[Paul_Wi11iams]

Ce qui est incroyable avec les OG, c'est que tout est tellement nouveau qu'on peut googler trois ou quatre mots et tomber sur tout un gisement.

 

 

un effondrement symétrique [d'une supernova] n'émet pas d'ondes).

ou plutôt les ondes sont émises mais s'annulent aussitôt avant d'en sortir.

 

amnh.org/explore/science-bulletins/astro/documentaries/gravity-making-waves/essay-a-rogue-s-gallery-of-gravity-makers

confirmé dans le lien.

 

ce qui me surprend parce que, du moment où l'étoile à l'origine de la supernova était d'une taille raisonnable, on se serait attendu à une sorte d'interférence destructive/constructive.

 

Ce petit article est accessible (pas de math) et je le traduirais bien si j'ai un moment.

 

Il énumère les sources d'OG possibles avec quelques comparaisons sympathiques.

 

Juste un extrait

 

Pour concurrencer le signal récemment détecté, mais avec une source terrestre, il suffit de mettre un porte-avions en rotation à mille tours par seconde.

Modifié 13 février 2016 par Paul_Wi11iams

[bang*gib]

LISA Pathfinder, une vidéo... waouh

 

 

 

"t5iph3nzRp4" via YouTube
ERROR: Si vous lisez ce texte, YouTube est hors-ligne ou vous n'avez pas installe Flash

 

Edit:

 

Mettez plein écran

Modifié 13 février 2016 par bang*gib

[jackbauer]

Je ne sais si quelqu'un l'a posté dans les 212 (!) posts précédents, mais voici la simulation montrant les deux trous noirs gravitant l'un autour de l'autre avant de fusionner :

 

[Paul_Wi11iams]

Jusqu'à maintenant, je n'ai pas du tout aimé la représentation des OG comme des vaguelettes sur un plan qui m'a déjà fait croire en une autre forme d'onde.

 

LISA Pathfinder, une vidéo... waouh

en effet.

 

Dans ta vidéo, on a enfin la bonne représentation d'un train de OG.

A se demander si on vient juste d'expliquer correctement aux artistes.

 

 

Pour le pathfinder, la chose qui étonne est comment on parvient à faire survivre un instrument aussi fragile pendant les secousses du décollage.

Modifié 13 février 2016 par Paul_Wi11iams

[bang*gib]

Jusqu'à maintenant, je n'ai pas du tout aimé la représentation des OG comme des vaguelettes sur un plan qui m'a déjà fait croire en une autre forme d'onde.

 

Petit doigt me dit, qu'avec LISA Pathfinder ... revanche dans l’espace .

 

Dans ta vidéo, on a enfin la bonne représentation d'un train de OG.

A se demander si on vient juste d'expliquer correctement aux artistes

 

J'imagine un générateur d’hologrammes sur portable PC comme sur un téléphone.

 

Tu tapes la donnée, ici OG, et la technologie assistée par des maths fait le reste…

 

Je sais c’est de la SF et faut attendre l’ordi quantique question de puissance de données.

 

Pour le pathfinder, la chose qui étonne est comment on parvient à faire survivre un instrument aussi fragile pendant les secousses du décollage.

 

Très bonne question.

Modifié 13 février 2016 par bang*gib

[Poussin38]

Paul, si un objet évolue avec une symétrie sphérique ou cylindrique, le moment quadrupolaire reste constant, il n'y a donc pas d'émission d'OG du tout (amplitude liée à sa dérivée seconde). Néanmoins, l'effondrement d'une SN n'est jamais complètement sphérique et après le rebond de matière, des instabilités peuvent générer des OG mais assez petites : h = 10^-21 à 10 kPc (à comparer au signal reçu par LIGO, 1000x plus important 1 000 000x plus loin)

 

Pour Lisa pathfinder, le lanceur Véga est un tout petit pétard par rapport à Ariane mais il dispose aussi de compensateurs de vibrations destinés à protéger la charge utile.

Modifié 13 février 2016 par Poussin38

[camus1440]

Merci pour ces précisions Poussin ! La flemme de chercher la source de telles infos, je te fais juste confiance. Et quand on me dira "Et pourquoi ??", je répondrai "C'est Poussin38 qui l'a dit !!!" :be:

[SagiLeSage]

Une vidéo avec des explications faites par les acteurs de LIGO, je vous conseille, ça dure 10 minutes :

 

"BAIabA3nkc0" via YouTube
ERROR: Si vous lisez ce texte, YouTube est hors-ligne ou vous n'avez pas installe Flash

[Poussin38]

Merci pour ces précisions Poussin ! La flemme de chercher la source de telles infos, je te fais juste confiance. Et quand on me dira "Et pourquoi ??", je répondrai "C'est Poussin38 qui l'a dit !!!" :be:

Pour la puissance D'OG dégagée par une SN :

 

 

https://www.google.fr/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://luth.obspm.fr/~luthier/gourgoulhon/fr/master/obj_compacts.pdf&ved=0ahUKEwjE7-KpjvfKAhUH1xQKHXsuB1wQFggbMAA&usg=AFQjCNGxlmbPEKgluZA3ZXkf5WvwmAva1w

 

Modifié 14 février 2016 par Poussin38

[Didou]

Superbe vidéo , merci

[camus1440]

Merci de m'avoir prévenu pour l'aspirine, Poussin, mais je te crois ça me suffit !

[jackbauer]

http://blogs.futura-sciences.com/luminet/2016/02/

 

La première réaction de JP Luminet, sur son blog, après l’annonce (avec une pique pour Le Monde dont j’avais posté la «*une*» plus haut)

 

Extrait :

 

«…Il y a eu tant d’articles, billets de bog et autres interviews délivrés depuis dans les médias du monde entier que je ne vais pas développer longuement mon point de vue sur la découverte elle-même. Son intérêt majeur (on fera l’impasse sur les titres idiots du genre « Einstein avait raison ») n’est pas la détection en soi, prédite et attendue, mais:

1/ la confirmation directe de l’existence des trous noirs, vivement décriée par certains,

2/ non pas la fin d’une grande aventure scientifique comme c’était le cas avec la découverte du boson de Higgs-Englert (qui mettait un point final au modèle standard de la physique des particules, sans aller au-delà), mais au contraire le début d’une nouvelle ère pour l’astronomie expérimentale. Les fabuleuses prouesses technologiques mises en œuvre dans les interféromètres LIGO et VIRGO ont permis d’ouvrir enfin la fenêtre de l’astronomie gravitationnelle, avec vue à venir sur d’immenses territoires encore inconnus

[fredericcreusot]

oui la vidéo est très didactique, pour un mec comme moi, un grand merci

[jackbauer]

http://www.franceinter.fr/player/reecouter?play=1236617

 

L’émission de France inter «*La tête au carré*» de vendredi dernier était entièrement consacrée à la découverte ; L’écoute est très intéressante.

Y est évoqué Yvonne-Choquet Bruhat, une mathématicienne française qui en 1952 prouve mathématiquement l’existence des ondes G (dixit l’un des intervenants)

Aujourd’hui elle a 92 ans et est très émue par l’annonce de LIGO

 

Lien Wiki :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Yvonne_Choquet-Bruhat

 

Voila assurément une belle idée pour un futur article dans une revue d’astronomie !!

[camus1440]

Ah je voulais donner le lien de Luminet dont je suis le blog, j'ai oublié : il a posté un billet en plusieurs parties sur le sujet des OG, en effet...

[jackbauer]

Le satellite FERMI a peut-être trouvé le sursaut gamma correspondant à GW150914 :

 

http://arxiv.org/abs/1602.03920

 

Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational Wave event GW150914

[pachanga]

Sans vouloir discréditer les travaux des scientifiques,

je trouve très difficile à croire qu'on puisse détecter "un" seul événement

de rejet d'ondes gravitationnelles à des telles distances.

Je pense qu'on a mis trop de beurre sur le pain...

[Jean-Baptiste_Paris]

Sans vouloir discréditer les travaux des scientifiques,

je trouve très difficile à croire qu'on puisse détecter "un" seul événement

de rejet d'ondes gravitationnelles à des telles distances.

 

Ok, mais sur quelles bases ?

 

La distance est énorme, certes (1,3GAL), mais pas si grande que ça comparée aux dimensions de l'Univers (13,7GAL)...

 

Et les objets en cause sont "hors-normes" (si l'on peut dire ; sauf à ce que l'on en détecte 2 par jour...).

 

L'instrument est d'une précision incroyable - et le signal a été reçu par deux instruments ce qui réduit presque à rien une erreur de mesure.

 

--------

 

Question qui me perturbe un peu : comment est-ce qu'on modélise la fusion de deux trous noirs au niveau des singularités ?

 

En sachant que la singularité initiale est déjà sensé avoir une densité infinie... Si on lui en ajoute une seconde elle-même de densité infinie : est-ce que ça ne fait que renforcer l'idée qu'on ne comprend pas réellement ce qui se passe au niveau de la singularité, ou est-ce que ce type de "fusion" entre deux trous noirs pourrait nous permettre de mieux modéliser ce qui s'y passe d'un point de vue physique ?

 

jb

[Paul_Wi11iams]

Question qui me perturbe un peu : comment est-ce qu'on modélise la fusion de deux trous noirs au niveau des singularités ?

Je tente une réponse pour provoquer une autre réponse de quelqu'un de costaud.

 

• Il y a bien un instant où les deux horizons d'évènements font contact. A ce moment-là, il y a encore deux singularités.
  
• Tant que le système reste ovalisé, il continue de secouer l'espace autour, et enverra des ondes gravitationnelle comme observées.
  
• Et la paire de singularités obéissant aux lois de Kepler se trouvent sur une orbite de plus en plus rapprochée.
  
• Vers la fin, l'horizon est devenue presque sphéroïde et l'émission d'ondes négligeable.
  
• Ce qui ressemble beaucoup à une approche asymptotique.
  
• Mais, il arrivera un moment où les deux singularités se trouvent à la distance de Planck.
  
• Ils possèdent encore une quantité de mouvement angulaire.
  
• A l'instant de tomber en dessous de cette distance, les deux ne font qu'un.
  
• Mais se trouvant sous un horizon sphérique, ils ne peuvent plus se débarrasser du reliquat.
  
• Ça fait un point en rotation !
  

 

Je peux aggraver encore:

Nos deux trous noirs auraient très bien pu avoir une rotation "native", c'est à dire avoir été en rotation avant de se rencontrer. Et pourquoi pas en rotation inverse l'un par rapport à l'autre ?

Du coup la rotation résultante aurait un plan mais pas un sens ("horaire" "anti-horiare"). Du coup, notre nouveau trou noir est un point en rotation sur un plan mais pas dans un sens.

 

 

En sachant que la singularité initiale est déjà sensé avoir une densité infinie...

dans ma tentative de réponse ci dessus, la densité n'était pas infinie justement. Juste très très très élevée.

 

Tout ressemblance avec une citation du Routard Galactique est le fruit du hasard.

Modifié 15 février 2016 par Paul_Wi11iams

[Poussin38]

Question qui me perturbe un peu : comment est-ce qu'on modélise la fusion de deux trous noirs au niveau des singularités ?

 

En sachant que la singularité initiale est déjà sensé avoir une densité infinie... Si on lui en ajoute une seconde elle-même de densité infinie : est-ce que ça ne fait que renforcer l'idée qu'on ne comprend pas réellement ce qui se passe au niveau de la singularité, ou est-ce que ce type de "fusion" entre deux trous noirs pourrait nous permettre de mieux modéliser ce qui s'y passe d'un point de vue physique ?

 

jb

 

De ce que j'ai compris de ce doc (ouch...mais il a son petit frère là ) il y a 3 phases à modélisations spécifiques (je reprends les phrases "compréhensibles" des § qui me semblent importants en les complétant ou modifiant mais j'ai pompé la très grande majorité des verbatims "en bloc", je n'ai pas la prétention de connaitre tout ça, n'hésitez donc pas à critiquer...) :

1- La phase de spiralement, au cours de laquelle les deux corps suivent des orbites elliptiques. Les développements post-newtoniens (développement de petites perturbations linéaires au n-ème ordre, n le plus grand possible typiquement 7 ou plus) sont particulièrement bien adaptés au traitement de cette phase.

 

2- La phase de fusion, très rapide et fortement non linéaire. seule la relativité numérique— où l’espace-temps est entièrement simulé sur grille — permet de calculer avec exactitude (moyennant l’erreur numérique) la forme d’onde.

 

3- La phase de vibration, au cours de laquelle le trou noir nouvellement formé rayonne des ondes gravitationnelles sous forme de modes quasi-normaux, de façon à relaxer vers un trou noir de Kerr. La théorie des perturbations d’un trou noir fournit une description analytique de cette dernière phase en modélisant la force propre gravitationnelle de chacun des TN avec son effet sur l'autre, dans une métrique commune, où le corps de petite masse induit une perturbation de la métrique de fond générée par le corps de grande masse. Cette perturbation conduit elle-même à une modification de la trajectoire du corps perturbateur, qui ne suit plus une géodésique de la métrique de fond.

Est ce clair ?

 

La phase de fusion est très brève, et les ondes gravitationnelles émises parfaitement « régulières », de sorte que la phase post-newtonienne semble se raccorder presque directement avec la phase de vibration.

A noter suivant la configuration un effet de recul que va subir le TN résultant :

l’amplitude du recul croît de manière monotone jusqu’à ce que les deux trous noirs initiaux fusionnent, après quoi le trou noir final semble freiné lors de la phase de vibration, la vitesse de recul convergeant vers une valeur stable. Cette diminution serait due à la désexcitation du trou noir final qui rayonne des modes quasi-normaux d'OG.

 

Ce phénomène de recul, couramment qualifié d’« antikick », est générique pour des binaires sans spins, et ne peut se comprendre dans le cadre des seules simulations en relativité numérique mais s'explique finalement bien par l'émission d'OG dans cette phase de "désexcitation" du TN perturbé par la fusion.

Pour la partie fusion, Le point de départ du calcul est la métrique 2PN générée par deux objets compacts de masses m1 etm2. De plus, on ne conserve que les termes linéaires dans la constante de couplage G, par souci de cohérence avec la théorie des perturbations du premier ordre d’un trou noir de Schwarzschild, les termes d’ordre 2 ou plus dans la métrique post-newtonienne correspondant à une perturbation d’ordre plus élevé.

Nous développons ensuite cette métrique post-newtonienne en puissances du paramètre perturbatif de l’approximation limite proche, i.e. la distance (de coordonnée) r12 entre les deux trous noirs. La métrique résultante est identifiée à celle d’un trou noir de Schwarzschild perturbé, la perturbation étant paramétrisée par les masses m1 et m2 des trous noirs initiaux, et par leur distance

r12.

Ils se tamponnent de la fusion des singularités...

 

EDIT : dans ce doc l'auteur ne s'en tamponne pas , il considère que

Chaque singularité en un point de position peut être interprétée, par une transformation inverse de la coordonnée radiale, comme la limite asymptotiquement plate de la région III présente dans l'extension maximale d'un trou noir de Schwarzschild, les TN étant reliés par des ponts d'einstein-rosen (note poussin : voir le graphique c'est plus parlant). On nomme chaque point de ce type une ponction

voir du coté des solutions de Misner ou Brill-Lindquist, aussi citée par ce doc p105. Beaucoup de calculs de fusion de TN utilisent ces approches. L'approche me parait décrite ici http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9509020v1.pdf mais j'ai la flemme -et surtout l'incompétence - d'approfondir, en plus c'est en anglais et à cette heure j'ai ma dose... )

.

A suivre, c'est passionnant d'approfondir !

 

 

Tiens ce doc à l'air plus clair (il y a plus de dessins ) http://www.college-de-france.fr/media/francoise-combes/UPL1154741213196691852_Cours8_bin_15.pdf

 

A cause du phénomène de recul, il y aurait des trous noirs super-massifs perdus à z=0 (ben oui l’effet de fusée gravitationnelle est une menace

à grand z), les pauvres...

Modifié 16 février 2016 par Poussin38

[Didou]

Question bête :: Les ondes gravitationnelles que nous avons enfin détecté ne constituerait pas la fameuse énergie noire qui nous manque dans le modèle cosmologique de l'univers?

[jackbauer]

http://www.lemonde.fr/cosmos/article/2016/02/11/le-plus-important-c-est-la-preuve-de-l-existence-de-trous-noirs_4863785_1650695.html

 

Extrait d’une interview de Thibault Damour dans Le Monde il y a quelques jours :

 

«*…En plus, j’ai une satisfaction personnelle, car nous avons été les premiers, avec ma collègue Alessandra Buonanno, à prévoir la théorie du signal qui a été observé. En l’an 2000, nous avions calculé le signal de coalescence de deux trous noirs, cinq ans avant que la relativité numérique, calculée par les gros ordinateurs, puisse le simuler, et quinze ans avant qu’on l’observe dans la nature. Les méthodes que nous avons développées ont été utilisées par les Américains dans la détection. Donc la France peut être fière que son école théorique ait contribué à cette découverte…*»

[olivdeso]

Le satellite FERMI a peut-être trouvé le sursaut gamma correspondant à GW150914 :

 

http://arxiv.org/abs/1602.03920

 

Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational Wave event GW150914

 

Ah je me disais aussi qu'un tel cataclysme ne pouvais pas se faire sans un petit sursaut de gamma.

 

Par contre ça doit un peu partir dans tout les sens très bièvement pendant la coalescence, on a du bol d'en recevoir un peu.

Après une fois que c'est "stable" si on n'est pas dans l'axe, c'est cuit.

[Jean-ClaudeP]

Sans vouloir discréditer les travaux des scientifiques, je trouve très difficile à croire qu'on puisse détecter "un" seul événement de rejet d'ondes gravitationnelles à des telles distances. Je pense qu'on a mis trop de beurre sur le pain...

 

Attention de ne pas se perdre. Les journalistes et vulgarisateurs scientifiques, qui par un travail remarquable, mettent aux niveaux des candides que nous sommes les faits scientifiques, oublient à juste titre, de nous parler de la façon d'obtenir ces résultats et de leur consistance : et pour cause, c'est mathématique, compliqué et ingrat.

Le signal n'est pas arrivé un beau matin de septembre sur les écrans de Ligo en "sifflant" comme le fait un smartphone pour nous annoncer un message. Ces machines fonctionnent en permanence et délivrent des tas de données parmi lesquels il faut enlever les signaux parasites, les erreurs systématiques et autre biais divers à partir de quoi on peut en extraire, à partir de simulation, le bon grain : tout ceci ne se fait pas au hasard mais méthodiquement avec des marges d'erreurs : le travail est énorme et ressort de la méthode scientifique qui permet de dire au bout de la chaine qu'un signal effectif à été trouvé, à tant de sigma d'erreur et que ce n'est pas dû au camion qui passait à côté apporter les petits déjeuner des chercheurs.

Modifié 16 février 2016 par Jean-ClaudeP

[jackbauer]

Ah je me disais aussi qu'un tel cataclysme ne pouvais pas se faire sans un petit sursaut de gamma.

 

Par contre ça doit un peu partir dans tout les sens très bièvement pendant la coalescence, on a du bol d'en recevoir un peu.

Après une fois que c'est "stable" si on n'est pas dans l'axe, c'est cuit.

 

Attention c'est un très gros "peut-être", le résultat des recherches de FERMI ne fait d'ailleurs l'objet d'aucun communiqué, preuve que la communauté est loin d'être convaincue...

[Didou]

Après une fois que c'est "stable" si on n'est pas dans l'axe, c'est cuit.

 

Remarque si on est dans l'axe et trop près, c'est cuit aussi

[Jean-Baptiste_Paris]

Merci Poussin pour ces explications et tous ces liens que je vais aller consulter !

 

jb

[Paul_Wi11iams]

Question bête :: Les ondes gravitationnelles que nous avons enfin détecté ne constituerait pas la fameuse énergie noire qui nous manque dans le modèle cosmologique de l'univers?

Il m'arrive parfois de mélanger mon vocabulaire et me trouver dans l'embarras par la suite. Peut-être ne suis-je pas le seul ?

 

La matière noire ou masse manquante qui compose 90% de l'univers peut être constituée pour partie de trous noirs.

L'énergie sombre est ce qui vient compenser l'attraction entre les objets de l'univers. Elle écarte tout. C'est ce qui conduit au fameux ballon en cours de gonflage avec lequel nous pouvons représenter l'espace.

Les ondes gravitationnelles sont de petits étirements et décontractions de zones localisées, se propageant sur la surface du ballon. Cela ne vient pas affecter ni sa taille ni sa forme.

 

Il est possible que j'ai fait erreur à mon tour, merci de me reprendre si c'est le cas.

Modifié 16 février 2016 par Paul_Wi11iams

[pachanga]

Attention de ne pas se perdre. Les journalistes et vulgarisateurs scientifiques, qui par un travail remarquable, mettent aux niveaux des candides que nous sommes les faits scientifiques, oublient à juste titre, de nous parler de la façon d'obtenir ces résultats et de leur consistance : et pour cause, c'est mathématique, compliqué et ingrat.

Le signal n'est pas arrivé un beau matin de septembre sur les écrans de Ligo en "sifflant" comme le fait un smartphone pour nous annoncer un message. Ces machines fonctionnent en permanence et délivrent des tas de données parmi lesquels il faut enlever les signaux parasites, les erreurs systématiques et autre biais divers à partir de quoi on peut en extraire, à partir de simulation, le bon grain : tout ceci ne se fait pas au hasard mais méthodiquement avec des marges d'erreurs : le travail est énorme et ressort de la méthode scientifique qui permet de dire au bout de la chaine qu'un signal effectif à été trouvé, à tant de sigma d'erreur et que ce n'est pas dû au camion qui passait à côté apporter les petits déjeuner des chercheurs.

 

Bien sur que ça n'a pas été pondu d'un jour à l'autre

mais comment faire alors pour faire une difference en cas où

deux événements similaires sont captés dans cette même direction ?

je veux dire, 1.3 milliards d'années lumière!

Si on réduit cette distance à 1.3 années lumière

c'est comme si la terre avait un diamètre de 9 mm et que l'événement

se passe à 41 millions de kilomètres. c'est tout une distance !

 

Je pense mettons à une piscine olympique

Vous êtes à une extrémité, votre collègue est à l'autre extrémité

il laisse tomber dans la piscine ( qui a une eau très calme) deux petites billes ensemble chacune de poids different.

En tombant, les deux causent un effet vague, vous attendez à l'autre bout que les vagues arrivent pour calculer la grosseur des billes.

Mais une autre collègue déplaisant, fait la même chose tout de suite

pas loin du premier événement, deux billes, différents poids.

vous recevez toutes les ondulations de ces deux événements ensemble

comment différencier ?

 

je comprends aussi que c'est des événements très rares, mais pour cela, il faut que l'événement aie été capté de façon visuelle pour

déduire qu'il est unique dans cette direction ?

 

désolé d'être aussi têtu, mais je suis très curieux et vous avez beaucoup plus de connaissances que moi

Modifié 16 février 2016 par pachanga

[Sev79]

Vu la précision de la mesure, je voyais plus ça, pour revenir à la piscine olympique, comme deux petites bulles d'air ce regroupant au milieu du volume d'eau. Seulement dans cette eau, il y a comme une certaine activité périscolaire ! Et à l'autre bout, un gars avec son mètre et sa montre flik flak mesurant la différence de niveau en fonction des parasites alentours.