Deux équipes indépendantes ont montré que les ondes gravitationnelles émanant des restes déformés des fusions de trous noirs devraient interagir entre elles. En incluant ces effets non linéaires dans leurs modèles, une équipe, dirigée par Keefe Mitman à Caltech, ont découvert qu'ils pouvaient répliquer les signaux d'ondes gravitationnelles des trous noirs "sonnants" simulés jusqu'à 100 fois plus précisément que les approches précédentes. L'autre équipe est arrivée à une conclusion similaire et était dirigée par Mark Ho Yeuk Cheung à Johns Hopkins University
Suite à la fusion violente et énergique de deux trous noirs, le trou noir déformé qui se crée doit rapidement s'installer dans un état d'équilibre. Pour atteindre cet état d'équilibre, l'objet libère des quantités colossales d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles (GW), dans un processus appelé anneau de trou noir.
En 1973, une équipe dirigée par Saül Teukolski a été le premier à modéliser les GW à partir du ringdown - plus de 40 ans avant les premiers GW issus de la fusion des trous noirs ont été détectés par l'observatoire LIGO. Pourtant, à l'époque, Teukolsky et ses collègues ne considéraient que de petites distorsions dans les trous noirs résiduels, ce que nous savons maintenant n'est pas une bonne description de ce qui se passe après une fusion.
Grandes distorsions
"Parce que les fusions de trous noirs sont si violentes, les distorsions du trou noir final sont souvent importantes", explique Mitman. "Cela signifie que nous devrions nous attendre à des effets non linéaires [tels que] des effets de la GW interagissant avec elle-même alors qu'elle se propage dans l'espace-temps près du trou noir, générant de nouvelles ondes."
Malgré cela, les astrophysiciens ont jusqu'à présent retenu l'idée que les effets non linéaires doivent être trop faibles pour apparaître dans les signaux GW observables. De ce fait, ils n'ont encore considéré que les effets linéaires calculés par l'équipe de Teukolsky.
Dans une nouvelle étude, Mitman, Teukolsky et leurs collègues ont utilisé une approche plus avancée pour modéliser les sonneries des trous noirs. Suite à une suggestion d'un membre de l'équipe Macarena Lagos à l'Université de Columbia, l'équipe a développé une nouvelle façon de considérer comment un modèle pourrait décrire l'auto-interaction des GW émis après les fusions de trous noirs.
Lagos explique : « Nous avons amélioré le modèle GW en incluant les interactions non linéaires de la gravité. Nous avons considéré diverses simulations numériques de fusions de trous noirs, contenant à la fois des interactions linéaires et non linéaires. Nous avons ensuite quantifié à quel point notre modèle non linéaire reproduisait les simulations.
Modèle plus précis
Comme ils l'avaient prédit, la nouvelle approche de l'équipe leur a permis de reproduire des signaux GW réalistes beaucoup plus fidèlement qu'auparavant. "En incluant ce terme non linéaire, plutôt que les termes linéaires plus familiers que Teukolsky a aidé à découvrir, nous pouvons modéliser beaucoup plus précisément les GW créés dans nos simulations numériques", poursuit Mitman. "Cela signifie que lorsque les trous noirs sonnent jusqu'à un état stable, ce son est un processus non linéaire."
En analysant diverses simulations de fusions de trous noirs, les chercheurs ont découvert que les effets non linéaires peuvent représenter jusqu'à 10 % des signaux GW, ce qui les rend beaucoup plus influents que ne le supposaient les études précédentes. Au total, cela signifiait que l'équipe pouvait modéliser des sonneries de trous noirs environ 100 fois plus précises que les approches purement linéaires.
Attention requise lors du test de la relativité générale d'Einstein à l'aide d'ondes gravitationnelles
L'équipe dirigée par Cheung est parvenue à des conclusions similaires et, ensemble, les résultats pourraient avoir des implications importantes pour la capacité des astronomes à sonder les structures intérieures des trous noirs à partir des signaux GW qu'ils émettent pendant les sonneries. "Pour extraire des informations physiques des signaux GW, nous avons besoin de modèles analytiques très précis qui relient les propriétés des trous noirs aux caractéristiques du signal détecté", explique Lagos. "Nos résultats signifient que les effets non linéaires sont en fait importants et qu'il sera nécessaire de les inclure dans les futures détections de GW."
Avec une meilleure compréhension que le ringdown est de nature non linéaire, l'équipe espère que leurs découvertes pourraient bientôt aider les astronomes à mieux expliquer les comportements énigmatiques des trous noirs.
Peut-être plus important encore, ils pourraient également permettre aux chercheurs de tester la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein – qui régit la dynamique des trous noirs – dans les environnements les plus extrêmes connus de l'astrophysique. Avec la précision offerte par les modèles de l'équipe, ces tests pourraient enfin s'avérer suffisamment rigoureux pour pousser la théorie d'Einstein à ses limites, ce qui pourrait permettre l'émergence d'une physique nouvelle et passionnante. Cependant, les astrophysiciens devront attendre la mise en ligne de la prochaine génération d'observatoires GW, car les installations actuelles de LIGO-Virgo ne devraient pas être en mesure de détecter les effets non linéaires.
La recherche est décrite dans Lettres d'examen de physique.
- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
- Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
- La source: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-from-merging-black-holes-go-nonlinear/
- :est
- $UP
- 100
- a
- capacité
- Capable
- Qui sommes-nous
- Compte
- Avec cette connaissance vient le pouvoir de prendre
- avec précision
- actually
- Avancée
- Après
- quantités
- En cours d'analyse
- Analytique
- ainsi que les
- une approche
- approches
- SONT
- AS
- assumé
- At
- BE
- car
- before
- comportements
- Améliorée
- Noir
- Trou noir
- les trous noirs
- by
- calculé
- appelé
- CAN
- étroitement
- collègues
- COLUMBIA
- comment
- conclusion
- NOUS CONTACTER
- Considérer
- considéré
- continue
- pourriez
- créée
- Courant
- décrire
- décrit
- la description
- détecté
- développé
- découvrez
- pendant
- dynamique
- les effets
- permettre
- énergie
- assez
- environnements
- Équilibre
- passionnant
- attendre
- attendu
- Expliquer
- Explique
- extrait
- extrême
- Fonctionnalités:
- finale
- finalement
- Prénom
- Abonnement
- Pour
- formulaire
- trouvé
- de
- avenir
- Général
- Théorie générale de la relativité
- générateur
- génération
- Go
- Bien
- gouverne
- attractif
- Ondes gravitationnelles
- la gravité
- arrive
- Vous avez
- Tenue
- vous aider
- a aidé
- Trou
- des trous
- espoirs
- Comment
- Cependant
- http
- HTTPS
- idée
- image
- implications
- important
- amélioré
- in
- comprendre
- Y compris
- indépendant
- Influent
- d'information
- interagir
- interagissant
- interactions
- interieur
- aide
- IT
- SES
- lui-même
- jpg
- Savoir
- connu
- Lagos
- gros
- LED
- limites
- Fabrication
- largeur maximale
- veux dire
- membre
- aller
- Gratuit
- fusion
- modèle
- la modélisation
- numériques jumeaux (digital twin models)
- PLUS
- (en fait, presque toutes)
- NASA
- Nature
- Près
- nécessaire
- Besoin
- Nouveauté
- next
- objet
- observatoire
- of
- présenté
- ONE
- en ligne
- Autre
- Physique
- Physique
- Platon
- Intelligence des données Platon
- PlatonDonnées
- précis
- précisément
- La précision
- prédit
- précédent
- sonde
- processus
- propriétés
- Prouver
- purement
- Push
- vite.
- plutôt
- nous joindre
- réaliste
- de Presse
- un article
- chercheurs
- résultat
- Résultats
- Avis
- régler
- devrait
- montrer
- montré
- Signal
- signaux
- similaires
- simulation
- petit
- So
- jusqu'à présent
- quelques
- quelque chose
- Région
- stable
- Encore
- études
- Étude
- tel
- équipe
- équipes
- conditions
- tester
- Essais
- tests
- qui
- Les
- leur
- Les
- se
- Ces
- Avec
- thumbnail
- fiable
- fois
- à
- ensemble
- trop
- oui
- compréhension
- université
- divers
- attendez
- Vague
- vagues
- Façon..
- WELL
- Quoi
- qui
- sera
- comprenant
- années
- zéphyrnet