Les scientifiques détectent pour la première fois des tonalités dans le son de la naissance d'un trou noir


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Les scientifiques détectent pour la première fois des tonalités dans le son de la naissance d'un trou noir
Les résultats soutiennent la théorie d'Einstein et l'idée que les trous noirs n'ont pas de «fourrure».
Écrit par Jennifer Chu dans Nouvelles du MIT

Si la théorie de la relativité d'Albert Einstein est vraie, alors un trou noir , est né de soudaines collisions tremblantes entre deux énormes trous noirs, ce qui génère leur création en produisant des ondes gravitationnelles avec des sons similaires à ceux des carillons. Einstein a prédit que la hauteur et la désintégration particulières de ces ondes gravitationnelles seraient une preuve directe d'une nouvelle formation de trou noir, de son spin et de sa masse.


Maintenant, les physiciens du MIT et du monde entier ont étudié le son d'un nouveau trou noir et ont trouvé des modèles de ce que fait ce son, en fait, ont pu prédire sur la base de celui-ci la masse et la rotation desdits trous noirs. trous, plus de preuves qu'Einstein avait absolument raison.



Les résultats, récemment publiés dans Physical Review Letters, soutiennent également l'idée que les trous noirs manquent de «fourrure», une métaphore de l'idée que les trous noirs, selon la théorie d'Einstein, ne devraient présenter que trois propriétés observables.: Masse, rotation et charge électrique . Toutes les caractéristiques, que le physicien John Wheeler a appelées «fourrure», qui doivent être avalées par le trou noir lui-même, et doivent donc être inobservables.


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Les découvertes de l'équipe soutiennent maintenant l'idée que les trous noirs sont, en fait, sans poils. Les chercheurs ont pu identifier les modèles sonores du son et, à l'aide des équations d'Einstein, ont calculé la masse et la rotation que le trou noir devrait avoir, en fonction de son modèle sonore. Ces calculs étaient cohérents avec les mesures de masse et de spin précédemment effectuées par d'autres physiciens.

Si les calculs de l'équipe s'étaient considérablement écartés des mesures précédentes, ils auraient suggéré que le son du trou noir encode les propriétés de masse, de spin et de sa charge électrique. Preuve provisoire de la physique au-delà de ce que la théorie d'Einstein peut expliquer. Mais il s'est avéré que les motifs sonores sont une caractéristique directe de sa masse et de sa rotation, soutenant l'idée que les trous noirs sont des géants 'sans poils', dépourvus de propriétés étranges de fourrure.

«Nous nous attendions tous à ce que la relativité générale soit correcte, mais c'est la première fois que nous confirmons que c'est le cas», indique l'étude menée par Maximiliano Isi, un membre de la NASA Einstein à l'Institut Kavli pour la recherche spatiale et l'astrophysique. «C'est la première mesure expérimentale qui a réussi à prouver directement le théorème de la carence en fourrure. Cela ne veut pas dire que les trous noirs ne peuvent pas avoir de fourrure. Cela signifie que les photographies de trous noirs sans fourrure vivront un autre jour. '


Le 14 septembre 2015, des scientifiques détecté pour la première fois ondes gravitationnelles, ondes infinitésimales dans le temps et dans l'espace, émanant de loin, un phénomène cosmique violent. La détection a été appelée GW150914, et a été faite par LIGO, pour son acronyme en anglais de l'Interferometric Laser Gravitational Wave Observatory. Une fois que les scientifiques ont isolé le son et l'ont agrandi, ils ont pu observer une forme d'onde à croissance rapide avant de disparaître. Lorsqu'ils ont pu traduire le signal en son, ils ont entendu quelque chose qui résonnait comme un 'gazouillis'.

Les scientifiques ont déterminé que les ondes gravitationnelles étaient surprises de voir à quelle vitesse deux ondes massives se sont heurtées. Le pic du signal - la partie où le bip était le plus fort - était au moment où les trous noirs sont entrés en collision et ne font plus qu'un. Alors qu'un nouveau trou noir génère ses propres ondes gravitationnelles, ses propres sons, les physiciens supposent qu'il serait trop faible pour pouvoir déchiffrer le point de départ de la collision. De plus, des traces de ce son ont été identifiées quelque temps après son pic, alors que le signal était trop vague pour être étudié en détail.

Cependant, Isi et ses collègues ont trouvé un moyen d'extraire la réverbération des instants immédiatement après le pic de son dans le signal. Dans des travaux antérieurs dirigés par Isi, le co-auteur, l'équipe de Matthew Giesler de Caltech (California Institute of Technology), a montré à travers des simulations qu'un tel pic dans le signal, et en particulier dans une partie, contient des «harmoniques» -une famille de tons aigus et de courte durée. Lorsqu'ils ont réanalysé le signal, en tenant compte des harmoniques, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient isoler avec succès un modèle de sons spécifiquement liés à la formation de trous noirs.

Dans la nouvelle recherche de cette équipe, les scientifiques ont appliqué la technique aux informations obtenues à partir de la détection du GW150914, en se concentrant sur les dernières millisecondes du signal, immédiatement suivies par le pic du son «chirp». En regardant le signal des harmoniques, ils ont pu discerner entre un son provenant d'un nouveau trou noir. En particulier, ils ont identifié différentes teintes, chacune avec un pic et un déclin qu'ils ont pu mesurer.


'Nous avons constaté qu'une onde gravitationnelle en général est composée de plusieurs fréquences, qui disparaissent à des vitesses différentes, comme différents fragments qui créent un son', a déclaré Isi. 'Chaque fréquence ou tonalité correspond à une fréquence de vibration d'un nouveau trou noir.'

La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit qu'un pic et une baisse des ondes gravitationnelles d'un trou noir doivent être le produit direct de sa masse et de son spin. Cela signifie qu'un trou noir d'une masse et d'un spin donnés ne peut produire qu'un certain pic et un certain déclin. Pour tester la théorie d'Einstein, l'équipe a utilisé un ensemble d'équations de relativité générale pour calculer la masse et le spin d'un nouveau trou nouvellement formé, en utilisant le pic et le déclin des deux tons qu'ils ont pu détecter.

Ils ont constaté que leurs calculs étaient les mêmes que les mesures de la masse et du spin du trou noir précédemment effectuées par d'autres chercheurs. Isi dit que les résultats montrent qu'ils peuvent, en fait, utiliser la partie la plus forte et la plus détectable du signal d'onde gravitationnelle pour distinguer le son d'un nouveau trou noir, alors qu'auparavant les scientifiques supposaient que ces sons ne pouvaient être détectés qu'à la fin du signal au point le plus vague, et détecter plus de tonalités nécessite des instruments beaucoup plus sensibles que ceux disponibles aujourd'hui.

«C'est passionnant pour la communauté scientifique car cela montre que ce type de recherche est possible aujourd'hui et non dans 20 ans», a déclaré Isi.


Au fur et à mesure que LIGO améliorera sa résolution et que des instruments plus sensibles seront développés à l'avenir, les chercheurs pourront utiliser la méthodologie de cette équipe pour «entendre» le son d'un autre trou noir nouveau-né. Et s'ils parviennent à capturer des tons qui ne correspondent pas tout à fait aux prédictions d'Einstein, cela pourrait être encore plus excitant.

'A l'avenir, nous aurons de meilleurs détecteurs sur Terre et dans l'espace, et nous pourrons voir non seulement deux, mais des dizaines de ces expressions, et identifier leurs propriétés avec précision', a déclaré Isi. 'Si ce ne sont pas des trous noirs comme l'avait prédit Einstein, et que ce sont des objets encore plus exotiques, comme des trous de ver ou des étoiles de boson, ils peuvent ne pas sonner de la même manière, et nous aurons une chance de les voir.'

Réimprimé avec la permission de Nouvelles du MIT

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–Traduit en espagnol par Aletheia Jurado