Détection des ondes gravitationnelles

[invite23876543123]

Désolé de vous importuné mais j'ai fait un schéma 3D d'une déformation de l'espace-"temps" pour situer un peu le carnage !



@ +
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[ansset]

Oui. Je me pose ce genre de question souvent quand je vois des termes comme "courbure", "vitesse", etc. dans le forum. (Dans le MTW, par exemple, je n'ai pas ce genre d'incertitude.)

force est de constater que je vous comprend parfois très mal.
ce sont pourtant des termes largement utilisés en cosmologie non, dont c ?
enfin si qcq a compris qcq chose à votre tentative d'explication des ondes, j'en suis heureux pour eux.

je préfère les liens que j'ai mis.
bonne soirée.

[daniel100]

J’ai une petite question technique concernant le projet en cours pour 2020 (NGO ou LISA).

Quand on voit la précision de positionnement des instrumentations qu’il faut, afin de détecter les ondes gravitationnelles, les positionnements de ces trois satellites qui tournent en suivant la terre sont incroyables.

Quelle est la méthode de télémétrie, ou la physique utilisée pour parfaitement maintenir les satellites dans leurs trajectoires. Ca ne peut pas être une télémétrie laser, car justement elle sera perturbée par les ondes gravitationnelles. Bien entendu pas par GPS, mais alors par rapport à quoi et comment.

Si quelqu’un a des informations, je suis preneur.

Merci,

PS : cette question concerne peut-être plus la section physique, par contre pas les OG (quoique), la modération décidera.

[invite06459106]

Quelle est la méthode de télémétrie, ou la physique utilisée pour parfaitement maintenir les satellites dans leurs trajectoires. Ca ne peut pas être une télémétrie laser, car justement elle sera perturbée par les ondes gravitationnelles.

Bon, ben ça doit etre l'heure...dans le lien que tu donnes tout est écrit....
Extrait:

Comme tous les détecteurs modernes d'ondes gravitationnelles, LISA utilise la technique d’interférométrie laser pour détecter les ondes gravitationnelles

et plus loin:

En pratique, on mesure donc une variation relative de phase d’un laser distant par rapport à un laser local, par le principe d’interférences lumineuses. La comparaison entre la fréquence du faisceau reçu et celle de l’oscillateur local porte donc la signature des perturbations produites par une onde gravitationnelle.

, donc, oui c'est justement la variation qui fera signature.....
[mode humour on]Faut lire les liens que tu donnes, ou peut-etre l'heure d'aller dodo, en tout cas moi j'y vais[off]
Cordialement,

[daniel100]

Heu ! ma question ne concerne pas la technique d’interférométrie, mais la méthode ou physique employée afin de parfaitement stabiliser ces satellites sur leurs trajectoires méga méga précises.

Demain sera un autre jour, bonne nuit à tous.

[ansset]

Oui la question est en effet de savoir à quelle vitesse se déplace la déformation (courbure) de l'espace temps.
Instantanément en même temps que l'objet ou limitée à c ?
D'après Deedee si on suppose que l'info (courbure) se déplace instantanément avec l'objet (tjrs au centre) ça fout a m.. dans la RG.

je suis en plein accord avec deedee sur ce point.
et ça ne fout pas la m.. dans la RG.
prenons le cas du système solaire.
la déformation est lié à la masse du soleil qui ne change pas et les planètes tournent autour.
quand le soleil bouge, tout le système bouge avec lui.
donc il n'y a pas de modification de la déformation locale de l'espace-temps.
comme un manège ou les chevaux tournent avec ...

dans les cas particuliers de gravitation très forte ( trous noir hyper massif ou le cas des deux pulsar que j'ai cité plus haut ) , il y a une modification à proximité de la déformation, qui elle se transmet à une vitesse qui ne peut exceder la propagation de toute information , à savoir c.
c'est la raison pour laquelle les ondes sont difficile à detecter.

[Mailou75]

Salut,

je suis en plein accord avec deedee sur ce point.
et ça ne fout pas la m.. dans la RG.
prenons le cas du système solaire.
la déformation est lié à la masse du soleil qui ne change pas et les planètes tournent autour.
quand le soleil bouge, tout le système bouge avec lui.
donc il n'y a pas de modification de la déformation locale de l'espace-temps.
comme un manège ou les chevaux tournent avec ...

Je ne suis pas d'accord ! Si le soleil bouge tout à coup on ne peut le savoir que 8min plus tard, on ne bouge donc pas "avec" lui
Enfin si on suppose que l'info va à c, c'est justement là la question...
Mais j'ai l'impression que tu parles d'autre chose avec tes pulsars

[Amanuensis]

Je ne suis pas d'accord ! Si le soleil bouge tout à coup on ne peut le savoir que 8min plus tard, on ne bouge donc pas "avec" lui

Cela dépend ! Les expressions "plus tard", "avec lui", supposent une convention de simultanéité. À bien regarder, la réflexion proposée est faite dans le cadre de la mécanique newtonienne.

Si on se met dans le cadre de la RG (ce qui semblait être l'intention ?), la "courbure" a des aspects temporels d'une part (1), et supposer une accélération pose quelques problèmes dans le choix d'une convention de simultanéité. En clair : cela n'est pas simple de formaliser correctement de quoi on parle...

(1) Le terme temporel est d'ailleurs dominant dans le cas des faibles champ : la métrique s'approchant par ((1-2φ/c²), -1, -1, -1) avec φ le potentiel spécifique dû à la masse centrale. C'est ce qui me fait râler contre l'image de la cuvette, le "creux" étant celui du terme temporel.

[invite06459106]

Bonjour,

Heu ! ma question ne concerne pas la technique d’interférométrie, mais la méthode ou physique employée afin de parfaitement stabiliser ces satellites sur leurs trajectoires méga méga précises.

Demain sera un autre jour, bonne nuit à tous.

Oui!Shame on me, quand je disais qu'il était temps d'aller au dodo....Désolé.
Sinon pour ta question, tu devrais trouver ton bonheur ici:http://sci.esa.int/science-e/www/obj...objectid=39981
Cordialement,

[invite06459106]

Je n'ai pas mis l'article lié(Drag-free propulsion system) pour la complémentarité, ni le lien connexe sur le système propulsion, faut fouiller.
Cordialement,

[daniel100]

tu devrais trouver ton bonheur ici:http://sci.esa.int/science-e/www/obj...objectid=39981
Cordialement,

Oooh, il y a plein de choses intéressantes sur site, merci !

[Mailou75]

En clair : cela n'est pas simple de formaliser correctement de quoi on parle...

J'essaye de poser le problème...
On suppose à t=0 deux planètes identiques à la Terre T1 et T2 situées à l'opposé du soleil.
On suppose qu'entre t=0 et t= le soleil va se déplacer de 1UA à la vitesse de ~c

1-Newton et Kepler nous disent que les planètes vont bouger instantanément avec le cône qui va rester indéformable et à tout moment centré sur le soleil.
Résultat les planètes se déplacent elles aussi à ~c entre t=0 et t=. Le "système solaire" est indéformable...

2-La relativité nous dit que l'info ne peut pas être instantanée, que le cône (cuvette) n'est pas indéformable puisque à t=0 chacun est à la place d'origine,
et qu'à t= seul le soleil a bougé et les planètes ne sont pas encore au courant et elles ne le seront et commenceront a modifier leur trajectoire
qu'au bout des 8min nécessaires à ce que l'info leur arrive.

Si on suppose que le soleil se déplace en direction de T1, alors au bout d'un temps :
T1 même si on admet qu'elle n'est pas confondue avec le soleil n'a pas de vitesse orbitale suffisante et s'écrase sur le soleil
T2 qui se trouve alors à 2UA a alors une vitesse qui est celle de libération (si je ne me trompe pas) et s'éloigne en suivant sa parabole

Ce qui m'ennuie dans tout ça c'est surtout la dissymétrie de la cuvette...
A t= le centre est évidement sur le soleil mais les objets au delà de T1 ne sont pas encore au courant,
entre le soleil et T1 la pente de la courbure est quasi verticale tandis qu'elle a diminué de moitié entre le soleil et T2.

L'autre point c'est que le soleil est toujours en mouvement "dans l'espace" et que ce mouvement doit avoir un impact sur les trajectoires des planètes
Bref c'est pas très clair tout ça

Merci d'avance pour votre aide

[Amanuensis]

J'essaye de poser le problème...
On suppose à t=0 deux planètes identiques à la Terre T1 et T2 situées à l'opposé du soleil.
On suppose qu'entre t=0 et t= le soleil va se déplacer de 1UA à la vitesse de ~c

Déjà là, stop ! On est devant une contrafactualité, une contradiction avec la théorie qu'on veut appliquer : elle exige la conservation locale de la quantité de mouvement (égalité action et réaction). Si le Soleil est accéléré (action), il doit y avoir autre chose qui va le faire dans le sens opposé (réaction). Or ce quelque chose est nécessairement porteur d'énergie-quantité de mouvement en quantité commensurable à celle du Soleil, donc a nécessairement une influence impossible à négliger sur le champ de courbure qu'on veut étudier, et donc l'effet sur les planètes !

Comme on ne peut le négliger sans contredire l'outil même qu'on veut utiliser, faut l'expliciter.

Dura lex, sed lex

[Amanuensis]

1-Newton et Kepler nous disent que les planètes vont bouger instantanément avec le cône qui va rester indéformable et à tout moment centré sur le soleil.
Résultat les planètes se déplacent elles aussi à ~c entre t=0 et t=. Le "système solaire" est indéformable...

Cela gênait Newton, mais il fallut attendre le début XXème (Poincaré) pour qu'une autre manière de voir permette de résoudre le paradoxe. Selon celle-ci la force de gravitation est orientée vers la position anticipée du Soleil, avec anticipation prenant en compte la vitesse relative et l'accélération relative (1), et un effet retardé à la vitesse c. Avec cette approche, les planètes ne bougent pas instantanément, elles sont "attirées" par un "point" où n'est pas le Soleil si celui-ci a une accélération variable.

(1) Ce qui implique que la formule donnant la force de gravitation ne se limite pas à Gmm'/d², mais devrait inclure aussi des termes impliquant la vitesse relative et l'accélération relative. On trouve le pendant en électro-magnétisme, avec un terme électrique dépendant seulement de la distance et un terme magnétique dépendant de la vitesse.

L'autre point c'est que le soleil est toujours en mouvement "dans l'espace" et que ce mouvement doit avoir un impact sur les trajectoires des planètes

Avec l'idée de la direction vers la position anticipée c'est bien le cas. Mais l'effet d'un mouvement uniforme est nul (ce qui respecte la relativité galiléenne), et même l'effet d'un mouvement uniformément accéléré est nul (ce qui doit avoir un rapport avec le principe d'équivalence).

Il y a mouvement et mouvement ! Être toujours en mouvement dans l'espace n'est pas suffisant pour impliquer un effet, c'est LA notion essentielle du principe de relativité.

[Mailou75]

Salut,

Or ce quelque chose est nécessairement porteur d'énergie-quantité de mouvement en quantité commensurable à celle du Soleil, donc a nécessairement une influence impossible à négliger sur le champ de courbure qu'on veut étudier, et donc l'effet sur les planètes !

Peut on supposer que le soleil éjecte de petites particules à très grande vitesse ?
(Pas d'élément extérieur intervenant et un changement de masse négligeable)

Cela gênait Newton, mais il fallut attendre le début XXème (Poincaré) pour qu'une autre manière de voir permette de résoudre le paradoxe. Selon celle-ci la force de gravitation est orientée vers la position anticipée du Soleil, avec anticipation prenant en compte la vitesse relative et l'accélération relative (1), et un effet retardé à la vitesse c. Avec cette approche, les planètes ne bougent pas instantanément, elles sont "attirées" par un "point" où n'est pas le Soleil si celui-ci a une accélération variable.

Est-ce réellement ce qui se passe, la Terre tourne toujours autour de la position future (8min plus tard) du soleil ?

Il y a mouvement et mouvement ! Être toujours en mouvement dans l'espace n'est pas suffisant pour impliquer un effet, c'est LA notion essentielle du principe de relativité.

Oui si on est en ligne droite le mouvement "c'est comme rien" et on peut imaginer que "le système solaire" a une vitesse unique,
ce qui est comparable au fait qu'il soit immobile (mis à part l'anticipation sur la position du centre)
Mais dans le cas d'une rotation (autour du centre galactique) il y a bien accélération centripète et donc changement de trajectoire,
j'imagine que là encore comme l'accélération est constante la Terre va être attirée vers le point d'anticipation ?
Et si l'accélération n'est pas constante (ex de Deedee : un Tn percute le soleil), comment la Terre peut elle anticiper ce mouvement ?

J'ai l'impression que cette histoire d'anticipation revient à dire que la "courbure" a un déplacement instantané dans l'espace et qu'elle ne subit pas de déformation (dissymétrie)
Si la Terre sait déjà où est le soleil et modifie son orbite en fonction avant même de l'avoir vu bouger, c'est qu'il y a ben une info plus rapide que c... non ?

Merci

[Amanuensis]

Peut on supposer que le soleil éjecte de petites particules à très grande vitesse ?
(Pas d'élément extérieur intervenant et un changement de masse négligeable)

Oui, mais "grande vitesse" implique grande énergie. Ce n'est pas parce que la masse est faible que cela change l'idée qu'il faut au total quelque chose d'un ordre de grandeur non négligeable par rapport au mouvement qu'on veut donner au Soleil.

Et en RG, c'est l'énergie -quantité de mouvement qui est la source de la gravitation, pas la masse...

Est-ce réellement ce qui se passe, la Terre tourne toujours autour de la position future (8min plus tard) du soleil ?

Pas exactement. La Terre tourne autour du point où se trouvera le Soleil 8 minutes plus tard que 8 minutes plus tôt, ce 8 minutes plus tôt correspondant à ce qu'on voit (cause la vitesse finie de la lumière). D'où l'illusion d'un effet instantané. En corrigeant le "présent" de 8 minutes pour prendre en compte le décalage de transmission de la lumière, on corrige aussi le point d'où "vient" la gravitation.

D'où l'illusion d'une influence "instantanée".

Mais dans le cas d'une rotation (autour du centre galactique) il y a bien accélération centripète et donc changement de trajectoire,
j'imagine que là encore comme l'accélération est constante la Terre va être attirée vers le point d'anticipation ?

Sauf que l'accélération n'est pas constante: on parle d'un vecteur, et la direction compte.

Dans le cas de l'accélération centripète du Soleil, c'est juste qu'elle est si faible (le rayon de rotation est gigantesque) que l'effet est négligeable.

Et si l'accélération n'est pas constante (ex de Deedee : un Tn percute le soleil), comment la Terre peut elle anticiper ce mouvement ?

Le mouvement n'est pas anticipé. Il y a une dérivée troisième (un changement d'accélération) importante, et la gravitation s'exerçant sur la Terre n'est plus dirigée vers la position "présente" du Soleil.

J'ai l'impression que cette histoire d'anticipation revient à dire que la "courbure" a un déplacement instantané dans l'espace et qu'elle ne subit pas de déformation (dissymétrie)

Je ne pense pas. Faudrait que l'idée soit formalisée plus proprement, mais la notion de "déplacement de la courbure" paraît trop "informelle", et "instantané" appliqué quand il y a distance fait trop tache en RG.

Si la Terre sait déjà où est le soleil et modifie son orbite en fonction avant même de l'avoir vu bouger, c'est qu'il y a ben une info plus rapide que c... non ?

Non. Les seules informations nécessaires sont la position, la vitesse et l'accélération du Soleil 8' avant (le tout relatif à la Terre) (1). Aucune nécessité d'information "plus rapide que c".

(1) Plus la masse, ce qui se groupe mieux en position, énergie-quantité de mouvement et accélération

[Mailou75]

Merci pour ces réponses,

Pas exactement. La Terre tourne autour du point où se trouvera le Soleil 8 minutes plus tard que 8 minutes plus tôt, ce 8 minutes plus tôt correspondant à ce qu'on voit (cause la vitesse finie de la lumière). D'où l'illusion d'un effet instantané. En corrigeant le "présent" de 8 minutes pour prendre en compte le décalage de transmission de la lumière, on corrige aussi le point d'où "vient" la gravitation.
D'où l'illusion d'une influence "instantanée".

Désolé mais je ne percute pas...
Si la gravitation est dirigée vers la position actuelle du soleil et non sa position passée (vue) alors j'ai deux moyens de "calculer" la position actuelle:
-soit par anticipation : emplacement vu + (vitesse x 8min) = emplacement actuel
-soit par mesure directe sur le mouvement des planètes qui m'indique directement le centre actuel des orbites
Autrement dit, si la trajectoire de la Terre ne change pas c'est que je suis sur que 8min plus tard le soleil sera bien à l'emplacement prévu !
Pour moi il y a bien une info qui précède l'autre, je sais ce que je verrais avant de le voir

Pour le reste je vais réfléchir

[Amanuensis]

.
Si la gravitation est dirigée vers la position actuelle du soleil et non sa position passée (vue) alors j'ai deux moyens de "calculer" la position actuelle:
-soit par anticipation : emplacement vu + (vitesse x 8min) = emplacement actuel

C'est ce cas là.

c'est que je suis sur que 8min plus tard le soleil sera bien à l'emplacement prévu !

Pas "sûr". Uniquement si l'accélération reste constante pendant lesdites 8 minutes, ce qui n'est pas prévisible. Et ce qui n'est pas réalisé dans le scénario imaginé d'une "accélération brutale", ce qui en bon langage mathématique indique une modification important de l'accélération.

[Mailou75]

C'est ce cas là.

Ah ? Et pourquoi pas le deuxième ?
Si je connais mon orbite je connais son centre et donc je connais la position actuelle (non vue) du soleil, non ?

[Amanuensis]

Ah ? Et pourquoi pas le deuxième ?
Si je connais mon orbite je connais son centre et donc je connais la position actuelle (non vue) du soleil, non ?

L'orbite n'est pas une information disponible ; celle-ci est limitée aux données instantanées de la trajectoire du Soleil "8' plus tôt".

Un objet ne "connaît pas" son orbite. On ne dispose localement que de l'accélération propre comme information sur la trajectoire.

[Mailou75]

Un objet ne "connaît pas" son orbite. On ne dispose localement que de l'accélération propre comme information sur la trajectoire.

Soit... et cette accélération propre, elle a bien une direction ? N'indique-t-elle pas la position actuelle du soleil ?

[ansset]

Oui, mais "grande vitesse" implique grande énergie. Ce n'est pas parce que la masse est faible que cela change l'idée qu'il faut au total quelque chose d'un ordre de grandeur non négligeable par rapport au mouvement qu'on veut donner au Soleil.

Et en RG, c'est l'énergie -quantité de mouvement qui est la source de la gravitation, pas la masse...

Pas exactement. La Terre tourne autour du point où se trouvera le Soleil 8 minutes plus tard que 8 minutes plus tôt, ce 8 minutes plus tôt correspondant à ce qu'on voit (cause la vitesse finie de la lumière). D'où l'illusion d'un effet instantané. En corrigeant le "présent" de 8 minutes pour prendre en compte le décalage de transmission de la lumière, on corrige aussi le point d'où "vient" la gravitation.

D'où l'illusion d'une influence "instantanée".
.....
Faudrait que l'idée soit formalisée plus proprement, mais la notion de "déplacement de la courbure" paraît trop "informelle", et "instantané" appliqué quand il y a distance fait trop tache en RG.

Oui,
et je reconnais que vos dernières explications sont beaucoup plus claires et explicites que les miennes auparavant.
même si elles sont dans le même esprit, je crois.
en dépit du fait, faute de mieux d'avoir utiliser moi-même cette analogie de propagation de la déformation.
du coup mon dernier mess à votre intention s"autodétruit de lui-même.

[DonPanic]

Soit... et cette accélération propre, elle a bien une direction ? N'indique-t-elle pas la position actuelle du soleil ?

Nan, à tout moment la Terre chuterait dans la "pente" du "puits" gravitationnel solaire, n'était-ce sa vitesse

[Amanuensis]

Soit... et cette accélération propre, elle a bien une direction ? N'indique-t-elle pas la position actuelle du soleil ?

Nan. C'est la direction anticipée du Soleil (1). Encore une fois, c'est la même que la direction "actuelle"(2) du Soleil en cas d'accélération constante, parce que l'anticipation fait un "calcul" correct (plus rigoureusement, c'est la formule à partir de la vitesse et de l'accélération qui veut ça). C'est toujours la même idée !

Au passage, cela a déjà été discuté, à peu près dans les mêmes termes, dans une discussion pas si ancienne que ça.

(1) En restant dans le cadre du problème à deux corps.

(2) Comme d'hab tous les termes comparant des temps à distance doivent être pris avec des pincettes, ils sous-entendent une convention particulière (ici la correction par la durée de trajet de l'information).

[daniel100]

Bonsoir,

A défaut de faire disparaître un soleil , est-ce qu’une étoile, en s’effondrant pour devenir un trou noir, provoquerait des ondes gravitationnelles ?

J’ai bien compris que les planètes tournant autour de ce nouveau trou noir, n’auront pas (ou peu) de perturbation de leurs orbites, par contre le puits gravitationnel de l’ex étoile devenant gigantesque (infini même ?), on pourrait penser que quelques « vaguelettes » se formeront.

Un avis ?

Merci,

[Amanuensis]

La question paraît bien posée.

Maintenant, y répondre demande une connaissance approfondie de la RG que je ne prétend pas avoir.

En jouant aux devinettes, je dirais non. Les ondes gravitationnelles sont usuellement citées dans le cas de très grandes accélérations de très grandes masses, et le cas d'un effondrement gravitationnel inexorable ne semble pas répondre à ces critères.

D'autres avis seraient utiles !

[Amanuensis]

Il serait peut-être plus simple de partir des exemples où il y a émission d'ondes gravitationnelles. À ce que j'en comprends les exemples usuels sont ceux d'un système en rotation et dont la répartition des masses (de l'énergie-q.m.) n'est pas cylindrique autour de l'axe de rotation.

En langage maths, le moment quadripolaire doit avoir une dérivée d'ordre 3 ou plus non nulle.

Pour impliquer le Soleil un exemple serait un croisement très proche avec une autre étoile. Ce n'est pas un cas de rotation, l'émission sera temporaire, mais le principe est le même. Le Soleil et l'étoile subiront toutes deux une accélération forte.

Dans un tel cas, on voit bien que l'effet dominant sur les planètes ne sera pas celui desdites ondes, mais simplement l'effet gravitationnel direct de l'étoile !

[Amanuensis]

PS : J'aurais dû préciser "de forte puissance" pour les ondes gravitationnelles émises. Tout système composé d'une étoile et de planètes en orbite émet, selon la théorie, des ondes gravitationnelles ; donc en particulier le Système Solaire, ou simplement le couple Soleil-Jupiter.

[vaincent]

De ce que j'en sais, seul un moment quadrupolaire de la distribution de masse/énergie est source d'ondes gravitationnelles(contrairemen t aux OEM où un moment dipolaire(distribution de charge) suffit). Le calcul est effectué en détail dans "Gravitation relativiste" de Roger Hakim(Ma référence!). Reste à savoir si une étoile qui s'effondre en TN peut créer un tel moment. Par contre je ne crois pas que le système solaire possède ce type de moment(somme de moments dipolaires tout au plus)

[vaincent]

Pardon, pas seul un moment quadrupolaire, mais au moins quadrupolaire(octopolaire, hexadécapolaire, etc...). Pour l'anecdote, c'est Einstein qui l'a montré en 1918.