Ondes gravitationnelles vs gravité.

[MisterH]

Bonjour, j’aimerais savoir si j’ai bien compris le concept.

La gravité diminue du carrée de la distance mais, elle a une influence malgré tout à l’infini.

L’onde gravitationnelle est le résultat d’un choc entre deux masses ou d’un évènement qui provoquent une onde ( peut-on dire , des ondes) qui voyage à la vistesse lumière. Elle est détectée la par les télescopes d’ondes gravitationnelle . L’onde courbe l’espace qu’il franchit et c’est ce phénomène qui est mesuré.

Je viens à ma question si le préambule est bon.

Est-ce que l’onde gravitationnelle peut être déviée par quelques phénomènes sur son passage ou comme pour la lumière d’une étoile qui passe près d’une autre grande masse se trouvée a subir un effet de lentille gravitationnelle?

Comment sait-on l’origine et la masse de corps qui s’entrechoquent? Est-ce que l’onde prend forme en périphérie de l’évènement ou au point ou le point d’équilibre entre les deux masses se stabilise?

Désolé si c’est pas très clair mais, j’ai du mal à exprimer mes idées comptenu mes connaissances très limitées.

Merci!
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[Deedee81]

Salut,

Non problemos, ton message est clair.

L’onde gravitationnelle est le résultat d’un choc entre deux masses ou d’un évènement qui provoquent une onde ( peut-on dire , des ondes) qui voyage à la vistesse lumière

Plus généralement, toute accélération "pas trop symétrique" d'une masse provoque l'émission d'onde gravitationnelle. L'émission est généralement très faible (par exemple la Lune tournant autour de la Terre, vu les déformations de marées, doit provoquer l'émission d'ondes gravitationnelles. Mais c'est tellement faible que c'est indétectable. Par contre, pour deux étoiles à neutrons en rotation, la gravité est colossale et l'émission d'OG non négligeable = ça diminue la distance entre les étoiles à neutrons et augmente leur vitesse de rotation et ça c'est mesurable et d'ailleurs mesuré depuis longtemps maintenant).

Et ton préambule est correct

Est-ce que l’onde gravitationnelle peut être déviée par quelques phénomènes sur son passage ou comme pour la lumière d’une étoile qui passe près d’une autre grande masse se trouvée a subir un effet de lentille gravitationnelle?

En principe, oui, les OG doivent suivre les mêmes géodésiques de l'espace-temps (les "lignes droites" d'un espace courbe) que la lumière donc être déviée par le Soleil. Mais ça n'a jamais été mesuré et ce ne sera pas facile à mesurer car pour le faire, par exemple avec le Soleil, il faut pouvoir mesurer la direction et la comparer avec et sans le Soleil (suffit que la Terre tourne autour du Soleil pour ça). Malheureusement la mesure de la direction des OG n'est pas assez précise, même avec le détecteur italien mit en service, et de plus ces phénomènes sont court, donc impossible de comparer à deux dates différentes. Il n'est toutefois pas exclu qu'on observe un de ses quatre une amplification du signal si d'aventure une émission se produit "derrière" une masse importante (un amas de galaxie faisant office de lentille gravitationnelle) mais comment le savoir ? Une possibilité serait d'observer plusieurs signaux légèrement décalés (images multiples), mais il faudra de la chance.

Comment sait-on l’origine et la masse de corps qui s’entrechoquent?
Est-ce que l’onde prend forme en périphérie de l’évènement ou au point ou le point d’équilibre entre les deux masses se stabilise?

Non, ce qu'on reçoit est toujours une "bête" onde plane mais complexe (spectre en fréquence variant au cours du temps).
Et il n'y a pas énormément de phénomènes suffisamment violents pour provoquer une ondes mesurable (comme dit plus haut, les OG sont faibles... en plus d'être difficiles à détecter, ce qui explique qu'il ait fallu plus de soixante ans pour y arriver) : fusion d'étoiles à neutrons, fusion de trous noirs, peut-être une hypernovae ?
On calcule alors (avec la RG) les OG émises (il faut un supercalculateur pour ça, à la main c'est incalculable) et on compare.
C'est comme ça qu'ils ont pu déterminer si les objets qui fusionnaient étaient des TN ou des étoiles à neutrons et quelles étaient les masses de ces objets. Une analyse pointue car il faut aussi traiter le signal (présence de beaucoup de bruits et autres distorsions). La mesure des OG reste parmi les plus difficiles.

[invite6486d7bd]

La gravité diminue du carrée de la distance mais, elle a une influence malgré tout à l’infini.

Une remarque tout de même sur cette formulation car elle me parait ambiguë :
La notion de "gravité" est plus une notion newtonienne, qui consiste à dire que ce qui se passe au point A va influencer un point B sans tenir compte du délai que prend la "force" pour parcourir la distance A-B.
C'est pour ça il est à mon avis préférable de parler de champ gravitationnel, qui rend mieux compte de la physique qui se cache derrière le phénomène.

Dans ce sens, parler d'influence de la gravité à l'infini, c'est concevoir ce champ comme déjà établi dans tout l'espace, mais que le "rééquilibrage" du champ sous l'effet des variations locales des masses au sein de ce champ global PEUT se faire jusqu'à l'infini.
Ce champ n'étant à priori jamais équilibré dans l'ensemble de l'espace, sinon peut-être (par approximation et par le fait que le champ initial apparait au moment de l'apparition de la force) lorsque l'espace était minuscule au moment du Big Bang, puisque les variations du champ gravitationnel ne se propagent qu'à la vitesse de la lumière.

(Ne pas hésiter à corriger mes propos, s'ils contiennent des erreurs, n'étant pas spécialiste du domaine).

Sinon, pour compléter la réponse de Deedee81, à noter la confirmation de la vitesse de propagation à la vitesse de la lumière des ondes gravitationelles ainsi que la confirmation du comportement "identique" de la lumière et des ondes gravitationnelles dans le champ gravitationnel :

L’événement astronomique de l’année – la détection conjointe d’ondes gravitationnelles et de lumière émanant d’une fusion d’étoiles neutrons – a permis de mesurer de nouveaux paramètres, comme la vitesse des ondes gravitationnelles.

La théorie de la relativité d’Einstein était bien claire : les ondes gravitationnelles, ces perturbations de l’espace-temps qui sont maintenant mesurées de la Terre, se déplacent à la vitesse de la lumière. Seulement, tout cela était jusqu’ici une prédiction théorique.

Le 17 août 2017, la détection quasi-simultanée des ondes gravitationnelles et de leur contrepartie sous forme de rayonnement gamma nous a permis pour la première fois d’avoir une bonne mesure de la vitesse des ondes gravitationnelles par rapport aux ondes électromagnétiques. Une mesure qui conforte encore une fois les prédictions de la relativité générale.
Les précédentes détections d’ondes gravitationnelles résultant de la coalescence de trous noirs avaient certes donné des informations, mais très peu précises. En effet, la vitesse des ondes gravitationnelles ne pouvait s’obtenir qu’en comparant les temps d’arrivée entre les différents détecteurs situés sur Terre. Néanmoins, notamment en raison de l’incertitude sur la direction incidente de ces ondes, cette méthode ne permettait pas de faire mieux que de dire que la vitesse des ondes gravitationnelles était comprise entre 0,55 et 1,42 fois la vitesse de la lumière.

Tout a changé avec la détection conjointe de la fusion dans le domaine des ondes gravitationnelles (l’événement GW170817) et celle du sursaut gamma associé (l’événement GRB17170817A). En effet, le sursaut gamma a été vu 1,7 seconde après le signal des ondes gravitationnelles. Le fait que ces signaux se soient propagés très longtemps, en provenance du lieu où se sont produits ces évènements (la galaxie NGC4993 située à plus de 80 millions d'années-lumière) permet de conclure que la vitesse des ondes gravitationnelles et la de la lumière sont équivalentes à 10^-14 près.

L’essentiel de l’incertitude restante vient du fait qu’il est impossible de mesurer la différence entre les deux temps d’émission à la source des deux vecteurs d’information. Ainsi, il faut prendre en compte une variété de modèles qui peuvent prédire différents délais entre les deux émissions, certains pouvant même dépasser le délai observé de 1,7 seconde. Dans ce dernier cas, cela voudrait dire que la lumière s’est propagée plus rapidement que les ondes gravitationnelles – lui permettant de refaire son retard. Ainsi, la contrainte publiée possède une limite inférieur qui correspond au cas où le vitesse de la lumière se propagerait plus vite que les ondes gravitationnelles, et une limite supérieur qui correspond au cas opposé, et qui suppose que les deux signaux ont été émis rigoureusement en même temps.

En plus de renforcer la relativité générale, cette analyse permet de contraindre un certain nombre de théories alternatives qui prévoient une brisure spontanée de l’invariance de Lorentz (essentielle en relativité restreinte et mais aussi en relativité générale) à de faibles amplitudes. Essentiellement motivée par des théories de gravitation quantique, la phénoménologie de ces théories peut être décrite par un cadre théorique d’extension du modèle standard. Dans ce cadre, toute violation de l’invariance de Lorentz se caractérise par un jeu de paramètres, dont on peut alors estimer les amplitudes par les observations. Les détections conjointes de GW170817 et GRB170817A nous ont permis d’améliorer de 10 ordres de grandeur une contrainte sur une combinaison linéaire de certains de ces paramètres. D’autres observations du même type devraient nous permettre alors de décorréler chacun de ces paramètres pour obtenir une contrainte unique sur chacun d’entre eux.

Enfin, un autre aspect testé par la même mesure revient à une forme de test du principe d’équivalence. En effet, la relativité générale prédit que les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques sont pareillement affectées par les champs gravitationnels ambiants, tels que celui de la Voie Lactée par exemple. Pour faire le rapprochement avec l’universalité de la chute libre, la relativité générale prédit que les ondes gravitationnelles et la lumière « chutent » en quelque sorte de la même manière dans un champ gravitationnel. En particulier, nous avons pu tester un effet baptisé effet Shapiro, du nom de son découvreur. Ce dernier prédit qu’une onde gravitationnelle se propageant dans un potentiel gravitationnel doit subir un retard par rapport à une même onde qui se propagerait dans le vide. En prenant en compte le potentiel de la Voie Lactée, cet effet doit être de l’ordre de plusieurs dizaines de jours.

Or les deux ondes – gravitationnelle et lumineuse – nous sont parvenus quasiment en même temps. Par conséquent, l’effet Shapiro est bien le même pour les ondes gravitationnelles et la lumière, à au moins quelques 10^-6 près.

Sachant que ce même effet pour la lumière seulement a, par ailleurs, été contraint à quelques 10^-5 près, cela met à mal, voire exclut, plusieurs théories en vogue pour expliquer les effets de l’hypothétique matière noire par de tout aussi hypothétiques modifications des lois de la gravitation. En particulier certaines théories relativistes reproduisant la phénoménologie MOND (la phénoménologie MOND, proposée par Mordehai Milgrom dans les années 1980, explique certains aspects de la dynamique dans l'Univers par une modification de la dynamique newtonienne, plutôt que par la présence de matière noire).

http://www.larecherche.fr/physique-a...a-lumi%C3%A8re