En ce qui concerne les nombreux mystères de l'Univers, une catégorie spéciale est réservée aux trous noirs. Puisqu'ils sont invisibles à l'œil nu, ils restent visiblement non détectés, et les scientifiques sont obligés de se fier à "voir" les effets de leur gravité intense sur les étoiles et les nuages de gaz à proximité pour les étudier.
Cela pourrait être sur le point de changer, grâce à une équipe de l'Université de Cardiff. Ici, les chercheurs ont réalisé une percée qui pourrait aider les scientifiques à découvrir des centaines de trous noirs à travers l'Univers.
Dirigés par le Dr Mark Hannam de l'École de physique et d'astronomie, les chercheurs ont construit un modèle théorique qui vise à prédire tous les signaux d'ondes gravitationnelles potentiels qui pourraient être trouvés par des scientifiques travaillant avec les détecteurs de l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l'interféromètre laser. .
Ces détecteurs, qui agissent comme des microphones, sont conçus pour rechercher les restes de collisions de trous noirs. Lorsqu'ils sont allumés, l'équipe de Cardiff espère que leurs recherches agiront comme une sorte de «guide des observateurs» et aideront les scientifiques à détecter les faibles ondulations des collisions - appelées ondes gravitationnelles - qui ont eu lieu il y a des millions d'années.
Composée de chercheurs postdoctoraux, de doctorants et de collaborateurs d'universités en Europe et aux États-Unis, l'équipe de Cardiff travaillera avec des scientifiques du monde entier pour tenter de découvrir les origines de l'Univers.
"La rotation rapide des trous noirs fera osciller les orbites, tout comme les dernières oscillations d'une toupie avant qu'elle ne tombe", a déclaré Hannam. «Ces oscillations peuvent faire que les trous noirs tracent des chemins sauvages les uns autour des autres, conduisant à des signaux d'ondes gravitationnelles extrêmement compliqués. Notre modèle vise à prédire ce comportement et à aider les scientifiques à trouver les signaux dans les données du détecteur. »
Déjà, le nouveau modèle a été programmé dans les codes informatiques que les scientifiques de LIGO du monde entier s'apprêtent à utiliser pour rechercher des fusions de trous noirs lorsque les détecteurs sont allumés.
Le Dr Hannam a ajouté: «Parfois, les orbites de ces trous noirs en rotation semblent complètement emmêlées, comme une boule de ficelle. Mais si vous imaginez tourbillonner avec les trous noirs, alors tout semble beaucoup plus clair, et nous pouvons écrire des équations pour décrire ce qui se passe. C’est comme regarder un enfant dans un parc d’attractions à grande vitesse, en agitant apparemment les mains. À partir des lignes de côté, il est impossible de dire ce qu'ils font. Mais si vous vous asseyez à côté d'eux, ils pourraient être parfaitement immobiles, vous donnant simplement le pouce levé. »
Mais bien sûr, il y a encore du travail à faire: "Jusqu'à présent, nous n'avons inclus que ces effets de précession tandis que les trous noirs s'enroulent les uns vers les autres", a déclaré le Dr Hannam. "Nous devons encore travailler exactement ce que font les rotations lorsque les trous noirs entrent en collision."
Pour cela, ils doivent effectuer de grandes simulations informatiques pour résoudre les équations d'Einstein pour les moments avant et après la collision. Ils devront également produire de nombreuses simulations pour capturer suffisamment de combinaisons de masses de trous noirs et de directions de spin pour comprendre le comportement global de ces systèmes complexes.
De plus, le temps est quelque peu limité pour l'équipe de Cardiff. Une fois les détecteurs allumés, ce ne sera qu'une question de temps avant les premières détections d'ondes gravitationnelles. Les calculs que le Dr Hannam et ses collègues sont en train de produire devront être prêts à temps s'ils espèrent en tirer le meilleur parti.
Mais le Dr Hannam est optimiste. "Pendant des années, nous avons été perplexes sur la façon de démêler le mouvement du trou noir", at-il dit. "Maintenant que nous avons résolu cela, nous savons quoi faire ensuite."
