Un «télescope» de la taille d'une ville pourrait suivre l'espace-temps 1 million de fois par an

COLUMBUS, Ohio – Un détecteur d'ondes gravitationnelles de 2,5 miles n'est pas cool. Tu sais ce qui est cool? Un détecteur d'ondes gravitationnelles de 25 miles

C'est le résultat d'une série de conférences données ici, samedi 14 avril, à la réunion d'avril de l'American Physical Society. La prochaine génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles scrutera jusqu'au bord extérieur de l'univers observable, à la recherche d'ondulations dans le tissu même de l'espace-temps, ce qu'Einstein prédit se produirait lorsque des objets massifs comme des trous noirs entrent en collision. Mais il y a encore des défis importants à surmonter dans leur construction, ont dit les présentateurs à l'auditoire.

"Les détecteurs actuels que vous pourriez penser sont très sensibles", a déclaré Matthew Evans, physicien au MIT. "Et c'est vrai, mais ils sont aussi les détecteurs les moins sensibles avec lesquels vous pouvez [possibly] détecter les ondes gravitationnelles." [8 Ways You Can See Einstein’s Theory of Relativity in Real Life]

Les détecteurs actuels, bien sûr, ne sont pas des choses à éternuer. Lorsque l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO), un interféromètre laser de 4 kilomètres de long, a détecté pour la première fois l'espace-temps croissant et rétrécissant en 2015 – l'écho gravitationnel d'une collision entre deux trous noirs vieux de 1,3 milliard d'années – il a prouvé l'existence des vagues gravitationnelles vastes et invisibles qui étaient autrefois entièrement théoriques, et a mené dans juste deux ans à un prix Nobel pour les créateurs de LIGO.

Mais LIGO et son cousin, le 1.9-mile-long (3 km) L'instrument italien Virgo, est fondamentalement limité, ont déclaré les intervenants. Les deux détecteurs ne sont réellement capables de repérer les ondes gravitationnelles que sur des objets relativement proches de la Terre à l'échelle de l'univers entier, a déclaré le physicien du MIT, Salvatore Vitale. Ils sont également limités dans les types d'objets qu'ils peuvent détecter.

Jusqu'à présent, il n'y a eu que deux résultats majeurs de la génération actuelle d'interféromètres: la détection de 2015 d'une fusion de trous noirs et la détection d'août 2017 deux étoiles à neutrons entrent en collision (également un sujet brûlant à la conférence). Il y a eu quelques autres collisions de trous noirs détectées, mais elles n'ont pas offert beaucoup de résultats étonnants en plus de la première détection.

Construire des LIGO et des Virgos plus précis, ou d'un type différent Le détecteur à grande échelle appelé un "télescope d'Einstein", Evans a dit, et le taux de détection d'onde pourrait sauter d'un tous les quelques mois à plus de 1 million chaque année.

 Le télescope triangulaire Einstein, un détecteur d'onde gravitationnel à grande échelle

Le télescope triangulaire Einstein, détecteur d'ondes gravitationnelles à grande échelle, est à plus d'une décade

Crédit: CERN

"Quand je dis que ces détecteurs nous font sortir Au bord de l'univers, je veux dire qu'ils peuvent détecter presque tous les systèmes binaires qui fusionnent », a-t-il dit, se référant aux paires d'étoiles, de trous noirs et d'étoiles à neutrons qui entrent en collision

. très tôt dans l'univers, sondant profondément m Il y a même des particules de gravité qui détectent pour la première fois les ondes gravitationnelles d'une étoile se déplaçant en supernova et s'affaissant dans une étoile à neutrons ou un trou noir. [6 Weird Facts About Gravity]

Alors pourquoi les plus gros détecteurs conduisent-ils à des recherches plus sensibles pour les ondes gravitationnelles? Pour comprendre cela, vous devez comprendre comment ces détecteurs fonctionnent.

LIGO et Virgo sont, comme l'a précédemment rapporté Live Science, des règles géantes en forme de L. Deux tunnels se séparent à angle droit l'un de l'autre, en utilisant des lasers pour effectuer des mesures instantanées extrêmement fines de la longueur des tunnels. Quand une onde gravitationnelle traverse le détecteur, en remuant l'espace lui-même, cette longueur change un tout petit peu. Ce qui était autrefois un mile devient, brièvement, un peu moins d'un mile. Et le laser, parcourant cette distance plus courte légèrement plus vite, démontre que le changement est arrivé.

Mais il y a une limite à la précision de cette mesure. La plupart des ondes ondulent le laser trop légèrement pour que les interféromètres remarquent. L'amélioration de la technologie de détection dans les tunnels existants de LIGO et de Virgo peut améliorer quelque peu les choses, a dit Evans, et il y a des plans pour le faire. Mais pour vraiment amplifier le signal, at-il dit, la seule option est d'aller beaucoup plus loin. [Hunting Gravitational Waves: The LIGO Laser Interferometer Project in Photos]

Un détecteur en forme de L avec des bras de 24,86 miles (40 km), 10 fois la taille de LIGO, est la prochaine étape, a déclaré Evans. Il a appelé la proposition un "explorateur cosmique". Il serait assez grand pour détecter à peu près tout ce qu'un détecteur d'ondes gravitationnelles pourrait détecter, dit-il, mais pas si grand que la physique sous-jacente commence à s'effondrer ou les coûts deviennent trop élevés, même pour ce genre de science coûteuse. projet. (Le coût final de LIGO s'est chiffré à des centaines de millions de dollars.)

Alors pourquoi un détecteur de cette taille, plutôt que deux fois ou dix fois plus gros?

À un certain point, environ 24,86 milles (40 km) ) long, Evans a dit, la lumière prend tellement de temps pour se déplacer d'une extrémité du tunnel à l'autre que l'expérience peut devenir floue, rendant les résultats moins précis plutôt que plus.

Au moins aussi provocants sont les coûts. LIGO et Vierge sont suffisamment petits pour que la courbure de la Terre ne soit pas un défi de construction significatif, a déclaré Evans. Mais à 24,86 miles (40 km) par bras, mettre les extrémités de chaque tunnel au niveau du sol signifie que les centres des tunnels doivent être souterrains (30 mètres) à 98,43 pieds (en supposant que le sol soit parfaitement horizontal).

" Selon Evans, «la distance de transport de la saleté [out of the long tunnel] commence à prendre le pas sur les coûts.»

Il y a aussi le problème fondamental de trouver un espace vide assez grand pour construire un tel détecteur. Evans dit qu'il n'y a pas d'Europe assez grande, et qu'aux États-Unis, les options se limitent à la région du Great Salt Lake dans l'Utah et au désert de Black Rock au Nevada

. , appelé le télescope Einstein. Alors qu'une forme en L est la meilleure façon de mesurer une onde gravitationnelle, Evans a dit qu'un triangle avec trois tunnels et plusieurs détecteurs peut faire un aussi bon travail tout en occupant un espace beaucoup plus petit, idéal pour les limites géographiques de l'Europe. [19659002] Ces détecteurs sont encore loin de l'achèvement de 15 à 20 ans, a déclaré Vitale, et toute la technologie nécessaire pour les construire n'a pas encore été inventé. Pourtant, lui et Evans ont tous deux dit aux scientifiques réunis que "le moment est venu" de commencer à travailler dessus. Déjà, a déclaré Vitale, huit groupes de travail préparent un rapport sur la justification scientifique de ces dispositifs massifs, qui devrait sortir en décembre 2018.

Un membre de l'auditoire a demandé à Evans s'il était logique de construire, disons, un un détecteur d'un kilomètre et demi (8 km) alors qu'un véritable Cosmic Explorer ou un télescope Einstein à grande échelle reste à plus d'une décennie.

S'il faisait partie d'un comité de financement, il n'approuverait pas un tel projet, parce que les scientifiques de doubler la taille de LIGO ne sont pas si gros, a déclaré Evans. C'est seulement aux limites supérieures de la taille du tunnel que les coûts d'un tel projet seraient justifiés, a-t-il ajouté.

"À moins que je ne le sache pour une raison quelconque [an 8-km detector would be the largest ever realistically possible to build]ça n'en vaut pas la peine. 19659002] Pourtant, a déclaré Vitale, cela ne signifie pas que les scientifiques doivent attendre 15 à 20 ans pour la prochaine phase majeure des résultats des ondes gravitationnelles. Avec la mise en ligne d'un plus grand nombre de détecteurs à l'échelle actuelle, notamment le détecteur d'ondes gravitationnelles Kamioka (KAGRA) au Japon et le LIGO-India au format LIGO, les chercheurs auront l'occasion de mesurer les ondes gravitationnelles individuelles. de plus d'angles à la fois, permettant plus de détections et des conclusions plus détaillées sur leur origine

Article original sur Live Science.

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