Mathématiques cachées de l’univers : découverte sur les trous noirs

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Des scientifiques ont affiné la prédiction des perturbations spatio-temporelles survenant lorsque deux trous noirs se croisent.

Une étude, parue dans la revue *Nature*, met en lumière l’utilité de concepts mathématiques abstraits issus de la physique théorique pour simuler les ondulations de l’espace-temps. Cette avancée ouvre la voie à des modèles plus précis pour interpréter les données d’observation.

Le mouvement d’objets massifs, comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs, provoque des distorsions de l’espace-temps, connues sous le nom d’ondes gravitationnelles. Ces ondes ont été observées directement pour la première fois en 2015, un siècle après leur prédiction par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale.

Depuis, les astronomes utilisent ces ondes comme un outil d’observation puissant pour étudier les phénomènes les plus spectaculaires et mystérieux du cosmos.

Pour interpréter les signaux détectés par des instruments sensibles comme Virgo et LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), les scientifiques ont besoin de modèles extrêmement précis de ces ondes.

Jusqu’à présent, les scientifiques utilisaient des supercalculateurs pour modéliser les interactions des trous noirs, ce qui nécessitait un ajustement progressif des trajectoires des trous noirs. Cette méthode est efficace, mais coûteuse en calcul et lente.Une équipe de l’Université Humboldt de Berlin, dirigée par Mathias Driesse, a adopté une approche différente.

Les chercheurs se sont concentrés sur les « événements de diffusion » plutôt que sur les fusions. Ces événements se produisent lorsque deux trous noirs tourbillonnent l’un autour de l’autre sous l’effet de leur attraction gravitationnelle mutuelle, avant de reprendre des trajectoires différentes sans fusionner.

Ces collisions produisent de puissants signaux d’ondes gravitationnelles lorsque les trous noirs se croisent.

L’équipe a utilisé la théorie quantique des champs, une branche de la physique couramment utilisée pour expliquer les interactions entre les particules élémentaires, pour modéliser ces événements avec précision.

Les chercheurs ont calculé les principaux résultats des survols de trous noirs,notamment l’ampleur de la déviation,la quantité d’énergie libérée sous forme d’ondes gravitationnelles et le recul subi par les géants après la rencontre. Ils ont commencé par des estimations de base, puis ont progressivement augmenté la complexité.

Le mouvement d’objets massifs, comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs, provoque des distorsions de l’espace-temps, connues sous le nom d’ondes gravitationnelles.

La science progresse à grands pas ! Récemment, des scientifiques ont affiné la prédiction des perturbations spatio-temporelles provoquées par le croisement de trous noirs, ouvrant de nouvelles perspectives passionnantes pour l’étude du cosmos.

FAQ : Ce que vous devez savoir sur les Ondes gravitationnelles

Q : Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ?

R : Une distorsion de l’espace-temps provoquée par le mouvement d’objets massifs.

Q : Comment sont-elles détectées ?

R : Grâce à des instruments sensibles comme Virgo et LIGO.

Q : Qui a prédit l’existence des ondes gravitationnelles ?

R : Albert Einstein, dans sa théorie de la relativité générale.

Q : Quelle est l’importance de cette nouvelle recherche ?

R : Elle améliore la précision des modèles pour interpréter les données d’observation.

Q : Comment cette étude a-t-elle abordé le problème ?

R : elle a utilisé la théorie quantique des champs pour modéliser les « événements de diffusion » de trous noirs.

Le Défi de la Modélisation des Trous Noirs

Les mouvements des trous noirs génèrent des ondes gravitationnelles, des phénomènes cruciaux pour comprendre l’univers. Pour interpréter les données recueillies par des instruments comme Virgo et LIGO, des modèles d’une précision extrême sont nécessaires. Les études passées utilisaient des supercalculateurs, ce qui impliquait des calculs complexes et coûteux. L’équipe de l’Université Humboldt de Berlin a exploré une nouvelle approche.

L’Innovation : La Théorie Quantique des Champs au service de l’Astronomie

Au lieu de modéliser les fusions, l’équipe a étudié les “événements de diffusion” où les trous noirs tourbillonnent l’un autour de l’autre sans fusionner. Ils ont appliqué la théorie quantique des champs, habituellement utilisée pour les particules élémentaires. Cette approche a permis des calculs plus précis.