Une carte simulée de la Voie lactée telle qu’elle apparaît dans les ondes gravitationnelles a donné une forte impression de ce que les futurs détecteurs spatiaux observeront.
Plus de 90 événements d’ondes gravitationnelles ont été détectés jusqu’à présent par un trio de détecteurs au sol : le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis, Virgo en Italie et KAGRA au Japon. Tous ces événements détectés sont des fusions d’amas d’étoiles trous noirs Ouah Étoiles à neutrons Dans les galaxies lointaines. Aucun événement d’onde gravitationnelle provenant de notre planète n’a été trouvé voie Lactée.
Cependant, notre galaxie regorge de soi-disant binaires ultra-petits, qui existaient autrefois Étoiles binaires Mais il est depuis devenu un vestige stellaire.
à propos de:L’univers bourdonne d’ondes gravitationnelles. C’est pourquoi les scientifiques sont si enthousiasmés par cette découverte
« Les systèmes binaires… remplissent la Voie lactée, et nous nous attendons à ce que beaucoup d’entre eux contiennent des objets compacts tels que… Naines blanches, Étoiles à neutrons Et trous noirs « Sur des orbites étroites », a déclaré Cecilia Cerenti de l’Université du Maryland. Centre de vol spatial Goddard de la NASAdans déclaration. «Mais nous devons espace Observatoire pour les « entendre » car Ondes gravitationnelles Bourdonnez à des fréquences trop basses pour les détecteurs au sol.
Atterrir-Observatoires associés tels que Légo Capable de détecter les ondes gravitationnelles avec des fréquences comprises entre 5 et 20 000 Hz. Les binaires ultracompacts de notre galaxie, lorsqu’ils tournent autour les uns des autres et finissent par fusionner, ont des fréquences de l’ordre du millihertz.
Plusieurs détecteurs d’ondes gravitationnelles spatiaux sont en préparation. le Agence spatiale européenneL’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) est à l’avant-garde et devrait être lancée dans les années 2030, tandis que les scientifiques chinois disposent également de deux concepts de mission, respectivement TianQin et Taiji.
Sherenti fait partie d’une équipe dirigée par Caitlin Zikirkzis du laboratoire d’astrophysique gravitationnelle de la NASA Goddard, qui a maintenant simulé l’intensité et la fréquence des ondes gravitationnelles émises par des binaires ultracompacts dans la Voie lactée. L’image résultante montre comment des observatoires comme LISA seront capables d’étudier la Voie lactée avec les ondes gravitationnelles, tout comme les astronomes l’étudient avec les rayons X. Rayons gamma Ainsi de suite. L’image simulée montre des binaires ultracompacts concentrés dans le plan du disque spiralé de la Voie lactée et s’étendant vers l’extérieur. Halo de galaxie.
« Notre image ressemble directement à la vue du ciel entier dans un certain type de lumière, comme la lumière visible, infrarouge ou les rayons X », a déclaré James Ira Thorpe, membre de l’équipe, également basé à Goddard de la NASA. « La promesse des ondes gravitationnelles est que nous pouvons les observer Univers « D’une manière complètement différente, et cette photo me rappelle vraiment cela. »
Jusqu’à présent, les astronomes ne connaissent que quelques binaires ultra-compacts avec des périodes orbitales inférieures à une heure, qui placeraient les objets compacts suffisamment proches les uns des autres pour émettre des ondes gravitationnelles détectables. Ils sont difficiles à trouver car les étoiles à neutrons et les trous noirs n’émettent pas beaucoup de lumière. C’est l’endroit Lisa À venir : les binaires ultra-petits devraient briller dans les ondes gravitationnelles, permettant à LISA d’en détecter des dizaines de milliers.
Plus la période orbitale d’un binaire ultracompact est courte, plus la fréquence est élevée et l’amplitude des ondes gravitationnelles qu’il émet est faible. S’ils sont vraiment proches l’un de l’autre, il peut y avoir un certain transfert de masse entre les deux objets, que les astronomes peuvent suivre à l’aide de télescopes optiques, à rayons X et gamma. Les scientifiques appellent cela une fusion Électromagnétique et les observations des ondes gravitationnelles sous forme de « messages multiples ». Astronomie« .
Les détails de l’image simulée ont été publiés dans un document de recherche en Revue astronomique Juin dernier.
Les scientifiques ont confirmé, pour la première fois, que la structure de l’espace-temps elle-même fait un « plongeon final » au bord d’un trou noir.
Cette région de naufrage autour des trous noirs a été observée par des astrophysiciens en physique de l’Université d’Oxford et contribue à valider une prédiction clé de la théorie de la gravité d’Albert Einstein de 1915 : la relativité générale.
L’équipe d’Oxford a fait cette découverte en se concentrant sur les régions autour des trous noirs de masse stellaire dans les binaires avec des étoiles compagnons relativement proches de la Terre. Les chercheurs ont utilisé des données de rayons X collectées à partir d’un ensemble de télescopes spatiaux, notamment le réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires de la NASA (NuSTAR) et le Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) montés sur la Station spatiale internationale.
Ces données leur ont permis de déterminer le sort du gaz et du plasma ionisés chauds qui ont été extraits de l’étoile compagnon et ont effectué leur plongée finale jusqu’au bord du trou noir associé. Les résultats ont montré que les régions dites englouties autour du trou noir sont les sites de certaines des régions d’influence gravitationnelle les plus fortes jamais observées dans notre Voie Lactée.
à propos de: Un « problème » cosmique dans la gravité remet-il en question la plus grande théorie d’Albert Einstein ?
« Il s’agit du premier aperçu de la façon dont le plasma, décollé du bord extérieur de l’étoile, subit sa chute finale au centre du trou noir, un processus qui se produit dans un système situé à environ 10 000 années-lumière », a déclaré le chef de l’équipe. et le physicien de l’Université d’Oxford Andrew Mummery. » a-t-il déclaré dans un communiqué. « La théorie d’Einstein avait prédit cette baisse récente, mais c’est la première fois que nous pouvons prouver que cela s’est produit.
« Pensez-y comme à une rivière qui se transforme en cascade. Jusqu’à présent, nous regardions la rivière. C’est notre première vue d’une cascade. »
Dernières actualités spatiales et dernières mises à jour sur les lancements de fusées, les événements d’observation du ciel et bien plus encore !
D’où vient le naufrage d’un trou noir ?
La théorie de la relativité générale d’Einstein suggère que les objets ayant une masse déforment le tissu de l’espace et du temps, unis en une seule entité à quatre dimensions appelée « espace-temps ». La gravité résulte de la courbure qui en résulte.
Bien que la relativité générale fonctionne de manière quadridimensionnelle, elle peut être vaguement illustrée par une analogie grossière en deux dimensions. Imaginez placer des balles de masses croissantes sur une feuille de caoutchouc étirée. Une balle de golf peut provoquer une petite entaille presque imperceptible ; Une balle de cricket peut créer une bosse plus grande ; Et la boule de bowling a fait une énorme brèche. Ceci est similaire aux lunes, planètes et étoiles « affectant » l’espace-temps à quatre dimensions. À mesure que la masse d’un objet augmente, la courbure qu’il provoque augmente et donc l’effet de la gravité augmente. Le trou noir serait un boulet de canon sur cette couche de caoutchouc similaire.
Avec des masses équivalentes à des dizaines, voire des centaines, de soleils compressés sur une largeur proche de la largeur de la Terre, la courbure de l’espace-temps et l’influence gravitationnelle des trous noirs de masse stellaire pourraient devenir assez extrêmes. Les trous noirs supermassifs, en revanche, sont une toute autre histoire. ils Significativement Massifs, avec des masses équivalentes à des millions, voire des milliards de Soleils, éclipsant même leurs homologues de masse stellaire.
Revenant à la relativité générale, Einstein a suggéré que cette courbure de l’espace-temps conduit à d’autres physiques intéressantes. Par exemple, dit-il, il doit y avoir un point juste à l’extérieur des limites du trou noir, où les particules ne pourront plus suivre une orbite circulaire ou stable. Au lieu de cela, la matière entrant dans cette région se précipitera vers le trou noir à des vitesses proches de la lumière.
Comprendre la physique de la matière dans cette hypothétique région de trou noir est un objectif des astrophysiciens depuis un certain temps. Pour résoudre ce problème, l’équipe d’Oxford a étudié ce qui se passe lorsque des trous noirs existent dans un système binaire avec une étoile « normale ».
Si les deux sont suffisamment proches ou si cette étoile est légèrement gonflée, l’influence gravitationnelle du trou noir peut éloigner la matière stellaire. Étant donné que ce plasma est doté d’un moment cinétique, il ne peut pas tomber directement dans le trou noir. Il forme donc un nuage plat et rotatif autour du trou noir appelé disque d’accrétion.
À partir de ce disque d’accrétion, la matière est progressivement introduite dans le trou noir. Selon les modèles d’alimentation des trous noirs, il doit y avoir un point appelé orbite circulaire stable la plus interne (ISCO), le dernier point où la matière peut rester en rotation stable dans un disque d’accrétion. Toute matière au-delà se trouve dans la « zone de naufrage » et commence sa descente inévitable dans la bouche du trou noir. Le débat sur la possibilité de découvrir cette région engloutie a été réglé lorsque l’équipe d’Oxford a détecté des émissions au-delà des disques d’accrétion ISCO autour d’un trou noir binaire dans la Voie lactée appelé MAXI J1820+070.
Situé à environ 10 000 années-lumière de la Terre avec une masse équivalente à environ huit soleils, le trou noir de MAXI J1820+070 extrait la matière de son compagnon stellaire tout en tirant deux jets à environ 80 % de la vitesse de la lumière ; Ils produisent également de fortes émissions de rayons X.
L’équipe a découvert le spectre de rayons X de MAXI J1820+070 dans une explosion « à l’état mou », qui représente une émission d’un disque d’accrétion entourant un trou noir en rotation, ou un « kerr », qui est un disque d’accrétion complet, comprenant le piston. région.
Les chercheurs affirment que ce scénario représente la première détection forte d’une émission provenant d’une région engloutie au bord interne du disque d’accrétion d’un trou noir ; Ils appellent ces signaux des « émissions intra-ISCO ». Ces émissions au sein d’ISCO confirment l’exactitude de la relativité générale dans la description des régions entourant immédiatement les trous noirs.
Pour poursuivre ces recherches, une équipe distincte du département de physique de l’Université d’Oxford collabore avec une initiative européenne visant à construire le télescope millimétrique africain. Ce télescope devrait améliorer la capacité des scientifiques à prendre des images directes des trous noirs et permettre l’examen des régions englouties des trous noirs éloignés.
« Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il existe de nombreux trous noirs dans la galaxie et que nous disposons désormais d’une nouvelle technique puissante à utiliser pour étudier les champs gravitationnels les plus puissants connus », a conclu Mummery.
Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]
La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.
Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.
Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.
Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.
L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.
Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.
Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.
La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.
SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.
Une visualisation de la Voie Lactée mettant en évidence deux flux d’étoiles anciennes récemment découverts, Shiva (vert) et Shakti (rose). Crédit : S. Payne-Wardenar / K. Mallahan/MPIA
Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.
Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.
Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.
Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »
Messages mitigés
Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.
Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.
Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.
Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.
«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »
Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »
Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.
«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »
Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »
Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .
Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »
L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia
Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.
« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »
« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »
Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.
« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »