lundi 29 février 2016 - par Automates Intelligents (JP Baquiast)

Cosmologie. Du travail en perspective pour les chercheurs et étudiants

L'on pourrait croire que l'astronomie classique, optique et radio, avait voulu prendre sa revanche sur les observatoires à interféromètres visant à détecter les ondes gravitationnelles.

Jean-Paul Baquiast 28/02/2016

Source Nature The FRB 150418 radio signal.

A waterfall plot of the FRB signal with 15 frequency sub-bands across the Parkes observing bandwidth, showing the characteristic quadratic time–frequency sweep. To increase the signal-to-noise ratio, the time resolution is reduced …

En effet, quelques jours à peine après que l'observatoire Ligo ait annoncé avoir détecté une émission d'ondes gravitationnelles pouvant être attribuée à la fusion de deux trous noirs, le Journal Nature annonçait qu'à l'autre bout du monde, un an auparavant, le radiotélescope australien Parkes avait reçu avec une grande précision ce que l'on nomme un fast radio burst FRB. Il s'agit d'explosions d'ondes radios connues mais rarement observées jusque là, d'une violence considérable et dont l'origine et la raison restaient jusqu'alors mystérieuses

Ce FRB a été nommé FRB 150418. Or, étonnante coïncidence, il avait été observé 1 an auparavant, le 18 avril 2015. Mais l'équipe responsable de cette observation avait préféré étudier l'origine de l'évènement avant de faire publiquement l'annonce. Pour cela, d'autres radiotélescopes, dotés d'une résolution supérieure, avaient été alertés..Le réseau australien dit Australian Parkes Radio telescopes avait balayé le ciel à la recherche d'émissions radios non identifiées. Quelques heures après, le télécope géant Subaru de 8,2m avait pu préciser l'origine du nouveau FRB.

Il s'agit d'une galaxie elliptique dont la distance fur rapidement estimée à 6 milliards d'années lumière, soit la moitié environ de l'univers observable. Son âge était en proportion. Il s'agit donc d'une événement très ancien, les ondes radio se déplaçant à la vitesse de la lumière. L'observation permettait, au moins en partie, de comprendre l'origine des FRB, ou tout au moins des plus violents d'entre eux.

Les galaxies elliptiques sont considérées comme anciennes. Elles abritent un grand nombre d'étoiles en fin de vie, dont beaucoup évoluent en étoiles à neutrons, qui très fréquemment se présentent en couple orbitant de compagnie. Lorsque, en fin de vie, ces couples fusionnent, il se produit un phénomène d'une énergie considérable, éjectant d'énormes quantités de matière en quelques millisecondes, avant de donner naissance à un trou noir. C'est une grande partie de cette énergie qui constitue le FRB. Leur analyse permettra de préciser la nature de la matière éjectée.

Elargir l'analyse

Les FRB sont très proches d'autres phénomènes eus aussi mal expliqués, les explosions de rayons gamma (GRB). Peut-être même correspondent-ils à deux versions d'un même phénomène. Leur observation, conduite récemment, a montré que leurs sources étaient elles-mêmes très éloignées en termes cosmologiques. Les GRB se présentent sous deux formes, de longue durée soit de quelques minutes, et de courte durée soit de quelques millisecondes. Eux aussi ont été attribués à la fusion de deux étoiles à neutrons. Ainsi comparer les FRB et les GRB devrait permettre de comparer l'origine de leurs sources.

Un autre point encore plus intéressant tient au fait que quand une onde radio voyage dans l'univers, elle traverse des quantités considérables de matière inobservable par les moyens classiques, les nuages de gaz et poussières intergalactiques. Ceux ci sont considérés comme constituant 70% environ de la matière ordinaire, le reste étant constitué des astres et planètes que nous connaissons. Les fréquences différentes des ondes radio les traversant, selon leur énergie, selon reçues sur Terre avec un léger décalage. Il dépendra de la proximité, de l'épaisseur et de la composition des poussières et gaz. Ceci renseignera sur leur répartition et leur composition.

Plus intéressant encore, il pourra en être de même concernant la matière noire, Celle-ci est invisible par les moyens actuels, bien qu'elle représente 25% environ des masses totales de l'univers. Le reste est attribué pour 70% à l'hypothétique énergie noire, et seulement 5% à la matière ordinaire. De même que pour les nuages, les fréquences différents des ondes radio la traversant, selon leur énergie, selon reçues sur Terre avec un léger décalage. Celui-ci dépendra de la proximité, de l'épaisseur et de la composition de la matière noire traversée.

On espère d'ailleurs obtenir des résultats analogues avec les ondes gravitationnelles, qui se propageront de façon légèrement différente selon les caractéristiques de la matière noire au sein de laquelle elles se propageront

Toutes ces observations rendues possible par les nouveaux types d'observatoires devraient permettre de préciser bien des aspects de l'univers encore inconnus à ce jour.

Post scriptum. On pourrait légitimement se demander pourquoi l'observatoire d'ondes gravitationnelles LIGO n'a pas perçu de son côté une émission correspondant à ce même FRB 150418 . Il aurait été intéressant de rapprocher les deux signaux. Selon nous, mais c'est à vérifier, l'onde radio et l'onde gravitationnelle, s'il y avait, ont suivi des parcours différents dans l'espace-temps.

Ref . Nature (article payant) http://www.nature.com/nature/journal/v530/n7591/full/nature17140.html



11 réactions


  • #gcopin Gcopin 29 février 2016 10:59

    Bonjour, vous dites : " la distance fur rapidement estimée à 6 milliards d’années lumière, soit la moitié environ de l’univers observable." 

    Ce n’est pas très intelligent de confondre durée et temps en cosmologie. 6 milliards d’années lumière c’est presque la moitié du temps depuis le début du big bang oui (enfin approximativement avec 7 c’est mieux), par contre la moitié de l’Univers observable, dans le cadre du modèle standard de la cosmologie soit la distance actuelle de l’horizon cosmologique est de l’ordre de 41 milliards d’années-lumière et non 12 milliards. On est dans un univers en expansion !


    • Automates Intelligents (JP Baquiast) 29 février 2016 11:15

      @Gcopin
      Comme vous êtes très intelligent, vous avez rectifié de vous même


    • #gcopin Gcopin 29 février 2016 11:55

      @automates-intelligents-jp-baquiast

      Je sens de l’amertume dans votre propos, désolé ce n’est pas moi qui ai décidé de m’appeler monsieur-intelligent, je comprends que ce type de pseudo doit être un fardeau à porter, "automate pourvu d’intelligence artificielle" et "automate intelligent" ce n’est vraiment pas la même chose lol, enfin il faudrait poser la question à Freud.


    • Norbert 29 février 2016 16:39

      @Gcopin

      Franchement je ne comprends pas l’utilité de vos propos pas très gentils et un peu injustes envers l’auteur. Si vous cherchez des prétentieux qui ont attrapé « la grosse tête » vous devriez trouver en cherchant peu de bien meilleurs candidats que l’auteur. Auteur que je trouve pour ma part affable, intéressant et qui, s’il s’embrouille quelquefois, n’a jamais prétendu à l’infaillibilité papale.


  • Robert Biloute Robert Biloute 29 février 2016 11:21

    bonjour,

    sur votre interrogation : pourquoi on voit des FRB en radio et pas en ondes grav.

    à ma connaissance cette version de LIGO, qui a fait la détection, a été mise en service fin aout/début septembre 2015, donc aucune chance de détecter le FRB.

    D’autre part, étant donné la gamme de fréquences accessible à LIGO, on est restreint en gros à une certaine gamme de masses (ici premier ex. avec des masses de l’ordre de qques dizaines masse solaire environ). Pour les FRB on ne peut que spéculer sur la masse en jeu dans la source (d’autant que pour ma part, je doute encore de l’origine extraterrestre, on devrait avoir des confirmations nettes dans les mois/années qui viennent, pour l’instant presque tous les FRB détectés l’ont été sur le même radiotélescope)

    Bref, pour faire court : tout ça est très jeune (FRB et ondes grav), c’est que le début.


    • Francis, agnotologue JL 29 février 2016 11:35

      @Robert Biloute
       


      ’’pour ma part, je doute encore de l’origine extraterrestre’’

      Vous pourriez en dire un peu plus, svp ?

    • Robert Biloute Robert Biloute 29 février 2016 11:47

      @JL

      La signature indiquant une origine distante est le mesure dite de dispersion : étant donné le contenu en charge électrique du milieu interstellaire, on a un phénomène de dispersion des ondes qui agit différemment sur les hautes et les basses fréquences. En pratique, la partie basse fréquence du pulse arrive avant (ou après, je ne me souviens jamais..) la parti haute fréquence. En détaillant la structure de l’impulsion en fonction de la fréquence, on arrive à chiffrer la mesure de dispersion, de là on prend une densité moyenne d’électron et on en déduit une distance.
      Il ne fait pas de doute que les mesures de dispersion mesurées jusqu’ici sont énormes, mais la détection radio est fortement parasitée par les activité humaine (de + en +), et l’étude des phénomènes *impulsionnels* et *transitoires* en radio en est encore à ses débuts, ce type de détection peut être parasité par des phénomènes encore inconnus (qu’ils soient naturels ou artificiels).
      Pour les FRB, on pourrait par ex. imaginer un satellite militaire ou autre qui pour une raison donnée envoie un signal qui balaie une plage de fréquence dans un temps donné, ce qui imiterait une mesure de dispersion importante.
      Il ya également des indications étranges, comme le fait que les mesures de dispersion accumulées jusqu’ici semblent quantifier. Soit ça sent l’artificiel, soit il y a de la physique très intéressante là dessous.


    • Francis, agnotologue JL 29 février 2016 12:50

      @Robert Biloute,

       
      merci de la réponse.

      pour ma part, je l’avoue, ces distances et ces durées mettent mon imagination à rude épreuve, et je n’arrive pas à comprendre comment comment on peut, dans le bruit ambiant, détecter des signaux si ramassés dans la durée et provenant de galaxies si lointaines.

    • Robert Biloute Robert Biloute 29 février 2016 13:45

      @JL

      c’est tout à fait naturel, les échelles invoquées n’ont plus rien d’humain.
      Par contre si on raisonne en terme de technologie, par exemple prenons les ordinateurs, on voit qu’on est capable de construire des électroniques au giga hertz, de manière courante et industrielle. Autrement dit, on est capable de suivre des évènements aussi rapide que le milliardième de seconde. Or les évènements dont on parle sont plus dans la gamme des millisecondes. Pour un humain, c’est très court, pour une électronique au giga hertz, c’est très long (il y a 1 million de nano seconde dans une milliseconde).

      En ce qui concerne la sensibilité, ce sont aussi les progrès en électronique qui permettent des détections de signaux extrêmement faibles (ainsi que la possibilité de « temps de pose » permettant d’accumuler du signal, comme en photographie). Mais comme dit, l’environnement électromagnétique artificiel devient lui un véritable problème, assez difficile à traiter.


    • Automates Intelligents (JP Baquiast) 29 février 2016 15:52

      @Robert Biloute
      Exact, merci. J’ai écrit trop vite. Je voulais dire : pourquoi l’évènement perçu par Ligo (fusion probable de 2 étoiles à neutrons) n’a pas été perçu quelque part en FRB. Mais vous répondrez sans doute, avec raison « , pour l’instant presque tous les FRB détectés l’ont été sur le même radiotélescope) »




    • Robert Biloute Robert Biloute 29 février 2016 16:23

      @Automates Intelligents (JP Baquiast)

      pour la détection LIGO on parle d’objets de plusieurs dizaines de masses solaires, compatibles avec des trous noirs (je reste cependant dubitatif sur le fait que cela *prouve* l’existence des trous noirs : au sens strict, non. On peut cependant remarquer que les modèles de fusion de trous noirs, préparés par les théoriciens en amont, comprennent une phase de fusion, puis une phase de stabilisation progressive du trou noir résultant qui « vibre », et que ce modèle colle parfaitement avec le signal détecté, c’est déjà très beau). Je pense que LIGO a les capacités de voir une fusion d’étoiles à neutrons, mais je suppose que le signal serait plus faible et à plus haute fréquence (masse de l’ordre de quelques masses solaires)


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