Utilité des ondes gravitationnelles en astronomie

[mackay24]

Bonjour,

J' ai suivi de près la découverte des ondes gravitationnelles mais je n'ai pas encore vu de possibilité de s'en servir peut etre de détecteur :

est-ce qu' elles pourraient permettre de détecter des soleils ou mieux encore des planètes de par les infimes perturbations du tissu spatio-temporel que leur mouvement génère ?

Laissons nous imaginer que les télescopes n' existent pas, est-ce que grâce à des détecteurs d' ondesgrav. on pourrait détecter et localiser les planètes de notre système solaire par exemple ?

merci beaucoup,
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[Lansberg]

Bonjour,

les ondes gravitationnelles sont détectées (détecteurs Virgo, Ligo...) et utilisées pour étudier des phénomènes "cataclysmiques" de l'univers comme les fusions d'étoiles à neutrons ou de trous noirs. Ces événements sont suffisamment puissants pour provoquer des ondes gravitationnelles détectables sur Terre à des distances de l'ordre du milliard d'années lumière. Une simple étoile ou planète ne produit pas un signal assez intense pour être détectable par la technologie actuelle et il y a fort à parier que ça ne soit pas possible avant longtemps.
D'autre part la précision de localisation est faible et, par exemple, lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent et que le phénomène est à l'origine d'une kilonova (qui ressemble à une supernova) il faut mobiliser des moyens optiques pour balayer une région du ciel assez vaste pour éventuellement espérer repérer l'objet.

[bb98]

Bonjour

On peut aussi noter qu'il s'agit là d'une toute nouvelle fenêtre d'observations !

A l'origine, les observations étaient réalisées à l'oeil, éventuellement aidé de
quelque instrument (lunette, télescope ) : on recueillait des photons dans
l'étroite fenêtre des ondes électromagnétiques du domaine "visible"

On a ensuite quelque peu étendu cette fenêtre aux UV, aux infrarouges
(le JWST travaille dans l'infra rous), mais toujours avec des photons d'un
domaine à peine étendu

On a ensuite plus largement ouvert

[bb98]

La suite car je fus interrompu dans ma lancée

Bonjour

On peut aussi noter qu'il s'agit là d'une toute nouvelle fenêtre d'observations !

A l'origine, les observations étaient réalisées à l'oeil, éventuellement aidé de
quelque instrument (lunette, télescope ) : on recueillait des photons dans
l'étroite fenêtre des ondes électromagnétiques du domaine "visible"

On a ensuite quelque peu étendu cette fenêtre aux UV, aux infrarouges
(le JWST travaille dans l'infra rouge), mais toujours avec des photons d'un
domaine à peine étendu

On a ensuite plus largement ouvert cette même fenêtre des ondes électromagnétiques
avec les rayons X, les rayons Gamma, les ondes radio

Un changement bien plus important : la réception non plus d'ondes , mais
de particules : les rayons cosmiques, les neutrinos : une toute nouvelle
astronomie différente de celle des ondes

Mais la réception des ondes gravitationnelles est une différence encore plus
fondamentale ! Là, il ne s'agit plus d'ondes ni de particules.
C'est la trame de l'univers tout entier qui est concernée : l'espace temps
vibre sous l'action des phénomènes cataclysmiques évoqués par notre
ami en #2

C'est là, un changement fondamentale et considérable de "point de vue"
Les découvertes sont .. imprévisibles. Les fusions de trous noirs ou
d'étoiles à neutrons dans un premier temps, mais on peut
s'attendre à des surprises !

Bonnes lectures

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Bonsoir.

Après ces précisions, ion peut tenter de répondre à la demande initiale.

J' ai suivi de près la découverte des ondes gravitationnelles

La découverte n'est pas récente, ce qui a changé récemment est leur détection.

mais je n'ai pas encore vu de possibilité de s'en servir peut etre de détecteur

L'observation a permis de détecter des phénomènes. Les phénomènes mis en évidence mettent en jeu des quantités d'énergie énormes, on parle de fusion de trous noirs.

est-ce qu' elles pourraient permettre de détecter des soleils ou mieux encore des planètes de par les infimes perturbations du tissu spatio-temporel que leur mouvement génère ?

L'avenir nous dira s'il est possible d'atteindre un tel niveau de sensibilité et de sélectivité.

[Gilgamesh]

Bonjour,

J' ai suivi de près la découverte des ondes gravitationnelles mais je n'ai pas encore vu de possibilité de s'en servir peut etre de détecteur :

est-ce qu' elles pourraient permettre de détecter des soleils ou mieux encore des planètes de par les infimes perturbations du tissu spatio-temporel que leur mouvement génère ?

Laissons nous imaginer que les télescopes n' existent pas, est-ce que grâce à des détecteurs d' ondesgrav. on pourrait détecter et localiser les planètes de notre système solaire par exemple ?

merci beaucoup,

Essayons de calculer un ordre de grandeur.

Je prend les formules de ce cours, au paragraphe intitulé : Pocket Formulae for Gravitational Wave Binaries.

On va essayer d'évaluer l'échelle d'amplitude h₀ des ondes gravitationnelle émises par une planète en orbite autours de son étoile, vu depuis la Terre.

Ça dépend de :
* la masse de la planète et de l'étoile,
* la fréquence orbitale,
* la distance qui nous en sépare.

Essayons un truc "facile" : on va chercher à détecter Proxima Centauri b (la planète la plus proche de nous), m₂ = 1,3 masse terrestre, orbitant avec une période P = 11,186 jour autours de l'étoile Proxima de masse m₁ = 0,122 masse solaire, situées à la distance D = 4,244 années-lumière.

L'amplitude h₀ (strain in english, c-à-d l'étiremment relatif d'une longueur ΔL/L au passage de l'onde) se calcule comme :

h₀ = [4GM_c/(c²D)] [(Gπ/c³)fM_c]^2/3

avec
G la cte de gravitation
c la vitesse de la lumière
M_c, la chirp mass, M_c= (m₁m₂)^3/5 / (m₁ + m₂)^1/5
f la fréquence des ondes gravitationnelles émises, égale au double de la fréquence orbitale, l'inverse de la période : f = 2/P
f = 2.10^-6 Hz

h₀ ~ 10^-26

A compararer avec la sensibilité des détecteurs actuels (LIGO) et futurs (LISA) dans le graphique ci-dessous (source).

Comme on pouvait s'y attendre on n'est carrément pas dans la fenêtre de détection à la fois en terme d'amplitude (10^-26 c'est mille fois plus faible que 10^-23) et de fréquence (10^-6 c'est dix-mille fois plus faible que 10^-2 le maximum de sensibilité de LISA). Mais... c'est pas si dingue, je m'attendais à pire. C'est pas dit que dans qq siècles on n'ait pas la sensibilité suffisante. Bon, par contre avec une telle sensibilité, le bruit de fond (provenant du système solaire ou de la galaxie) serait phénoménal, ça poserait d'autres soucis.