Un détecteur d’ondes gravitationnelles de nouvelle génération dans l’espace complétera le LIGO sur Terre

EVANSTON - La première détection historique d’ondes gravitationnelles provenant de la collision de trous noirs loin à l’extérieur de notre galaxie a ouvert une nouvelle fenêtre pour comprendre l’univers. Une série de détections - quatre autres trous noirs binaires et une paire d’étoiles à neutrons - a rapidement suivi l’observation du 14 septembre 2015.

Maintenant, un autre détecteur est en cours de construction pour ouvrir plus largement cette fenêtre. Cet observatoire de nouvelle génération, appelé LISA, devrait être dans l’espace en 2034, et il sera sensible aux ondes gravitationnelles de fréquence inférieure à celles détectées par l’Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser terrestres (LIGO).

Une nouvelle étude de la Northwestern University prévoit que des dizaines de binaires (paires d’objets compacts en orbite) dans les amas globulaires de la Voie lactée seront détectables par LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Ces sources binaires contiendraient toutes les combinaisons de composants de trou noir, d’étoile à neutrons et de naine blanche. Les binaires formés à partir de ces amas denses en étoiles auront de nombreuses caractéristiques différentes de ces binaires qui se sont formés isolément, loin des autres étoiles.

L’étude est la première à utiliser des modèles de grappes globulaires réalistes pour faire des prévisions détaillées des sources LISA. «LISA Sources in Milky-Way Globular Clusters» a été publié aujourd’hui, 11 mai, par la revue Physical Review Letters.

"LISA est sensible aux systèmes de la Voie lactée et élargira l’étendue du spectre des ondes gravitationnelles, nous permettant d’explorer différents types d’objets qui ne sont pas observables avec LIGO", a déclaré Kyle Kremer, premier auteur de l’article, un doctorat. étudiant en physique et astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre d’une collaboration de recherche en astrophysique informatique basée au Northwestern’s Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).

Dans la Voie lactée, 150 amas globulaires ont été observés jusqu’à présent. L’équipe de recherche du Nord-Ouest prévoit qu’un groupe sur trois produira une source LISA. L’étude prévoit également qu’environ huit binaires de trous noirs seront détectables par LISA dans notre galaxie voisine d’Andromède et 80 autres dans la Vierge voisine.

Avant la première détection d’ondes gravitationnelles par LIGO, alors que les détecteurs jumeaux étaient en cours de construction aux États-Unis, les astrophysiciens du monde entier ont travaillé pendant des décennies sur des prédictions théoriques des phénomènes astrophysiques que LIGO observerait. C’est ce que font les astrophysiciens théoriciens du Nord-Ouest dans cette nouvelle étude, mais cette fois pour LISA, qui est construit par l’Agence spatiale européenne avec des contributions de la NASA.

"Nous faisons nos simulations et analyses informatiques en même temps que nos collègues plient du métal et construisent des vaisseaux spatiaux, de sorte que lorsque LISA vole enfin, nous sommes tous prêts en même temps", a déclaré Shane L. Larson, directeur associé du CIERA et auteur de l’étude. "Cette étude nous aide à comprendre quelle science va être contenue dans les données LISA."

Un amas globulaire est une structure sphérique de centaines de milliers à des millions d’étoiles, liées par gravitation. Les amas sont parmi les plus anciennes populations d’étoiles de la galaxie et sont des usines efficaces de binaires d’objets compacts.

L’équipe de recherche du Nord-Ouest avait de nombreux avantages à mener cette étude. Au cours des deux dernières décennies, Frédéric A. Rasio et son groupe ont développé un puissant outil de calcul - l’un des meilleurs au monde - pour modéliser de manière réaliste les amas globulaires. Rasio, le professeur Joseph Cummings du département de physique et d’astronomie du Nord-Ouest, est l’auteur principal de l’étude.

Les chercheurs ont utilisé plus d’une centaine de modèles d’amas globulaires entièrement évolués avec des propriétés similaires à celles des amas globulaires observés dans la Voie lactée. Les modèles, qui ont tous été créés au CIERA, ont été exécutés sur Quest, le cluster de superordinateurs de Northwestern. Cette puissante ressource peut faire évoluer les 12 milliards d’années complètes de la vie d’un amas globulaire en quelques jours..