Déformation caractéristique 10 -14 10 -18 10 -22 10 -26 10 -10 Bruit de fond stochastique 30 Reflets de la Physique n°59 EPTA IPTA SKA 10 -6 LISA Trous noirs binaires supermassifs Superposition de binaires galactiques Binaires spiralantes à grand rapport de masse Trous noirs binaires massifs Binaires galactiques individuellement détectées 10 -2 DECIGO Fréquence (Hz) 10 2 Supernovae de type 1A Binaires serrées spiralantes GW 150914 aLIGO 10 6 Effondrement de cœurs de supernovae Pulsars KAGRA 7. Spectres des ondes gravitationnelles avec les sources et les détecteurs actuels ou prévus. À haute fréquence, les instruments aLIGO/Virgo ont déjà détecté une poignée de fusions de trous noirs (dont GW150914). À moyenne fréquence, l’instrument eLISA est en cours de définition et construction par l’ESA (Agence spatiale européenne). À très basse fréquence, les réseaux de pulsars (Pulsar Timing Array) mettent des limites de plus en plus contraignantes sur les populations de doubles trous noirs supermassifs. (Source : www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2017.pdf). Amplitude 10 -12 10 -13 10 -14 10 -9 10 -8 Fréquence [Hz] 10 -7 Fp Fp_ML Fe Bayes_E Bayes_EP Bayes_EP_NoEv 8. Limites obtenues sur l’amplitude des ondes gravitationnelles émises par des sources individuelles grâce aux données des six meilleurs pulsars ultra-stables de l’European PTA. Trois analyses fréquentistes et trois bayésiennes sont tracées ici. (Source : S. Babak et al., MNRAS 455 (2016) 1665-1679). » > À ce jour, les meilleurs tests de la relativité générale en champ fort sont obtenus sur le pulsar double J0737-3039A, de période de rotation 22 ms, de période orbitale 2 h 27 min et d’excentricité 0,1, avec une vérification à 0,005% près. Ce système, assez similaire au premier pulsar double découvert en 1974, émet aussi des ondes gravitationnelles qui font rapetisser le mouvement orbital et mèneront à la fusion des deux étoiles à neutrons dans quelques centaines de millions d’années. Notons que c’est ce type de fin cataclysmique qui a été observé par les détecteurs d’ondes gravitationnelles des collaborations LIGO et Virgo fin 2017. La mesure précise des masses des étoiles à neutrons par les effets relativistes mentionnés plus haut met aussi des contraintes fortes sur les équations d’état de la matière qui régissent ces densités extraordinaires (1,5 fois la masse du Soleil dans 20 km de diamètre). Avec deux étoiles à neutrons, chacune dotée d’une masse d’environ deux masses solaires, de nombreuses équations d’état sont d’ores et déjà écartées. En 2012, c’est un pulsar rapide situé dans un système triple qui est découvert. Une étoile à neutrons, vue donc en radio comme le pulsar, et une naine blanche tournent en un peu plus d’un jour l’une autour de l’autre. Ce système, dit « interne », est en orbite avec une seconde naine blanche avec une période d’un peu moins d’un an, constituant ce qu’on appelle un système à trois corps, ou triple, hiérarchique. Passées les complications d’analyse, car il n’y a pas de solution analytique, ce système triple sera utilisé pour tester le principe d’équivalence qui est le constat de l’égalité entre masse inertielle et masse gravifique. Quelles que soient leurs masses et leurs compositions, deux corps soumis à un même champ gravitationnel doivent tomber de façon identique. Ici, il suffit donc de regarder comment tombent différemment l’étoile à neutrons et la naine blanche du système « interne » dans le champ gravitationnel de la naine blanche externe ! Les résultats préliminaires de recherche de déformation des orbites, tant à partir des données des radiotélescopes américains que des données de Nançay, permettent d’entrevoir une contrainte sur le principe d’équivalence en champ fort améliorée de plusieurs ordres de grandeur. Les ondes gravitationnelles peuvent être détectées dès maintenant par des instruments |
