Relativité et ondes gravitationnelles

[Sev79]

 

Tiens ce doc à l'air plus clair (il y a plus de dessins ) http://www.college-de-france.fr/media/francoise-combes/UPL1154741213196691852_Cours8_bin_15.pdf

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Salut !

Page 7 graphique des orbites, je comprends bien l'oscillation des orbites mais le passage de 20 à 70 pc,je ne me l'explique pas malgré l'accélération subit, ça me paraît énorme. Bien sûr, je n'ai pas les compétences techniques pour bien assimiler toutes les données mais si un éclairage salvateur venait illuminer ma lanterne, ce serait super. Merci

[Jean-ClaudeP]

@Pachanga vos interrogations sont tout à fait pertinentes. Elles font références à des méthodes dont on parle peu (parce que mathématiques et compliquées : statistiques, transformation de Fourier, spectres de puissance, bispectres, etc) et qui pourtant occupent la majeure partie des travaux des chercheurs. Ils existent, par exemple, des thèses entières sur comment filtrer pertinemment des signaux venus de l'espace et qui sont pollués par les nuages d'hydrogène interstellaires : rien de très folichon la-dedans vous allez dire et c'est un vrai travail de fourmis, mais c'est ce qui permettra peut-être demain de faire grandes découvertes.

 

Mais une autre collègue déplaisant, fait la même chose tout de suite

pas loin du premier événement, deux billes, différents poids.

vous recevez toutes les ondulations de ces deux événements ensemble

comment différencier ?

Il faut laisser de côtés les distances effarantes pour nous, en astronomie d'observation on a que des signaux bruts inutilisables directement parce qu'il faut les filtrer, les séparer, les traiter.

Voici un exemple, très simplifié, qui concerne les exoplanètes découvertes par transit. Quand une exoplanète passe entre son étoile et nous, il arrive qu'elle passe exactement devant le disque de l'étoile. Cela occasionne une légère diminution de la luminosité qui revient à moment régulier. C'est un phénomène aujourd'hui bien connu, on obtient une courbe en U assez caractéristique. Or la précision accrue des instruments montre que certaines courbes-transit des exoplanètes ne reviennent pas très régulièrement : il y a des petites variations dans le retour prévu de l'exoplanète. Les chercheurs font l'hypothèse qu'il existe peut-être d'autre planètes invisibles qui perturbent celle dont on voit le transit. Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs font sur ordinateurs des simulations de la planète aperçue par transit avec d'autres planètes supposées et simulent des transits. Puis, ils regardent si les transits simulés s'ajustent avec ceux qu'ils voient. Pour en déduire peut-être ou non qu'il y a bien d'autres planètes qui perturbent celle dont on a vue le transit : cette méthode s'appelle TTV (variation du temps de transit).

Modifié 17 février 2016 par Jean-ClaudeP
Correction de fautes d'orthographe

[Pirux]

je ne pense pas que des amplitues 'macroscopiques" soient possibles. ca demande confirmation mais les equations demontrent que si onde gravitationnelles il y a elles ne peuvent etre qu'ifinitesimales.

 

au sujet d'une question posee precedemment au sujet de l'ordre de grandeur de l'amplitude de l'OG. Voici la reponse de Mr Luminet a l'un de mes commentaires pose sur son (tres interessant) blog luminesciences, je cite:

 

 

ma Question

L’amplitude des ondes gravitationnelles est elle constante ou varie-t-elle au cours du temps? Si elle decroit au cours du temps, A t on une idee de sa valeur au moment de son emission? On parle d’amplitude infinitesimales, mais des amplitudes plus grandes (millimetriques ou plus) sont elles possibles?

Merci

 

sa reponse:

 

L’amplitude des ondes gravitationnelles ne décroît pas au cours du temps, mais avec la distance à l’objet (comme 1/r). Ainsi pour un observateur « collé » aux trous noirs elle serait proche de 1, mais à la distance de la Terre elle n’est plus que 10^(-20). Merci de me lire.

 

Le lien en question: http://blogs.futura-sciences.com/luminet/2016/02/10/la-lumiere-gravitationnelle-22/

 

les amplitudes macroscopiques existent donc bien, a proximite de l'objet emetteur! Ou comment se transformer en spaghetti puis en crepe alternativement et indefiniment! etrange et deroutant!

Modifié 16 février 2016 par Pirux

[bang*gib]

Je ne me lasse point de ces images .

 

Ondes gravitationnelles : leur détection expliquée en une minute sur futura-sciences.

 

http://www.futura-sciences.com/videos/d/ondes-gravitationnelles-leur-detection-expliquee-minute-3522/

[bang*gib]

La relativité numérique, les calculs théoriques grâce aux gros ordinateurs, ont forcément laissé des traces dans des archives numériques pour des modèles d’OG pour chaque type d’objet exotique.

 

Des OG doit y en avoir dans tous les sens.

 

La détection d’OG si elle ne convînt pas pour l’heure la communauté scientifique, deviendra routinière sans doute.

200 ms d’écart entre deux détecteurs pour une trace d’évènement correspondant ,vous dite hasard.

[Pirux]

Ou comment se transformer en spaghetti puis en crepe alternativement et indefiniment! etrange et deroutant!

 

en fait pas indefiniment, la coalescence d'astres compacts est une source ponctuelle d'OG, pas continue.

[Pirux]

Je ne me lasse point de ces images .

 

Ondes gravitationnelles : leur détection expliquée en une minute sur futura-sciences.

 

http://www.futura-sciences.com/videos/d/ondes-gravitationnelles-leur-detection-expliquee-minute-3522/

 

celle-ci aussi tres bien et explicative (voir texte associe, en anglais, a la video)

[Jean-Baptiste_Paris]

Je pense mettons à une piscine olympique

Vous êtes à une extrémité, votre collègue est à l'autre extrémité

il laisse tomber dans la piscine ( qui a une eau très calme) deux petites billes ensemble chacune de poids different.

En tombant, les deux causent un effet vague, vous attendez à l'autre bout que les vagues arrivent pour calculer la grosseur des billes.

Mais une autre collègue déplaisant, fait la même chose tout de suite

pas loin du premier événement, deux billes, différents poids.

vous recevez toutes les ondulations de ces deux événements ensemble

comment différencier ?

 

Sauf que dans cette hypothèse, si les signaux sont reçus strictement en même temps, on ne reçoit pas deux signaux mais un seul signal qui est la résultante des deux ondulations.

 

Ces ondes, en se rencontrant (dans ton exemple au plus loin au niveau de l'observateur) vont créer des interférences et vont soit s'annuler, soit s'additionner (+ tout un éventail entre les deux).

 

Donc dans ton exemple, soit les deux ondes s'annulent totalement au niveau de l'observateur et il n'observe rien, soit les deux ondes s'additionnent et il observe un effet amplifié, soit un mix des deux et il va observer un signal avec des interférences.

 

J'imagine que dans le premier cas, vu la brièveté des observations, il ne verra rien ; dans le second cas il pourra en déduire qu'il y a eu un seul évènement impliquant des objets deux fois plus massifs ou plus rapprochés, et dans le 3e cas il observera un signal qui ne correspondra probablement à aucune modélisation d'un phénomène physique bien prédictible (ou qu'il serait trop difficile à modéliser vu la complexité des différentes hypothèses ou paramètres en jeu) et donc qu'il n'en tirera rien non plus.

 

Cela dit, dans le cas des OG, on voit bien que celles-ci : 1) résultent de phénomènes très énergétiques et impliquant des objets très massifs ; 2) sont observées dans un laps de temps très court (ici 200ms).

 

Il est donc très peu probable que deux évènements d'égale intensité soient observés simultanément au niveau de l'observateur...

 

Par ailleurs, on voit bien que les ondes les plus fortes se produisent dans les derniers instants du phénomène. Donc il y a surement des interférences avec d'autres OG produites par des phénomènes moins énergétiques, mais qui doivent avoir un impact minime sur les OG observées (qui restent les plus énergétiques).

 

Autrement dit, les OG faibles qui sont susceptibles d'interférer avec les OG fortes qu'on observe doivent être perdues dans le "bruit" du détecteur.

 

jb

Modifié 17 février 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Poussin38]

Remarque si on est dans l'axe et trop près, c'est cuit aussi

 

Il m'arrive parfois de mélanger mon vocabulaire et me trouver dans l'embarras par la suite. Peut-être ne suis-je pas le seul ?

 

La matière noire ou masse manquante qui compose 90% de l'univers peut être constituée pour partie de trous noirs.

L'énergie sombre est ce qui vient compenser l'attraction entre les objets de l'univers. Elle écarte tout. C'est ce qui conduit au fameux ballon en cours de gonflage avec lequel nous pouvons représenter l'espace.

Les ondes gravitationnelles sont de petits étirements et décontractions de zones localisées, se propageant sur la surface du ballon. Cela ne vient pas affecter ni sa taille ni sa forme.

 

Il est possible que j'ai fait erreur à mon tour, merci de me reprendre si c'est le cas.

 

L'énergie noire agit à distances cosmologiques. Or on voit que les OG véhiculent une densité d'énergie qui décroit avec la distance donc ça me semble antinomique.

 

Néanmoins, la question de fond induite est très intéressante car pose le rôle joué par l'ensemble des OG rayonnées par tous les corps dans la courbure de l'univers : les OG véhiculent de l'énergie, c'est décrit partout.

 

Donc elles créent de la courbure (équations d’Einstein), OK aussi mais dans quel sens : dans celui qui rapproche (comme la gravitation) ou qui éloigne (comme l'énergie noire) ?

 

Les OG sont émises car l'énergie gravitationnelle (négative) du système binaire qui les a créé diminue (dans le cas du signal observé par Ligo on a l'équivalent de 3 masses solaires dans la nature), à l'instar de l'émission des autres formes d'énergie quand un système stellaire s'effondre.

 

Donc j'aurais tendance à dire que l'énergie véhiculée est comme les autres énergies générées par les coalescences d'astres cosmique, elle creuse l'espace temps.

 

Enfin, le tenseur énergie impulsion associé aux OG est strictement positif (p21 : http://lappweb.in2p3.fr/~buskulic/cours/Notes_cours_Buskulic_Jijel.pdf et p14 http://astro.physics.free.fr/RG/08.pdf), à comparer à l'énergie noire qui est équivalent à une pression négative. Là encore, le lien avec l'énergie noire est plutôt négatif (mais c'est une interprétation subjective, pas une certitude).

 

Ainsi, si on considère que les OG représentent une densité d'énergie positive (attirante et non repoussante, heureusement que la saint valentin est passée ), elle pourrait plutôt relever d'une "matière noire" (avec des guillemets et des pincettes), se pose juste la question de l'ordre de grandeur de la densité d'énergie rayonnée par les vibrations non axisymétriques d'une galaxie pour voir si ça collerait avec le profil de vitesse plat observé...

Modifié 18 février 2016 par Poussin38

[pachanga]

Sauf que dans cette hypothèse, si les signaux sont reçus strictement en même temps, on ne reçoit pas deux signaux mais un seul signal qui est la résultante des deux ondulations.

 

Ces ondes, en se rencontrant (dans ton exemple au plus loin au niveau de l'observateur) vont créer des interférences et vont soit s'annuler, soit s'additionner (+ tout un éventail entre les deux).

 

Donc dans ton exemple, soit les deux ondes s'annulent totalement au niveau de l'observateur et il n'observe rien, soit les deux ondes s'additionnent et il observe un effet amplifié, soit un mix des deux et il va observer un signal avec des interférences.

 

J'imagine que dans le premier cas, vu la brièveté des observations, il ne verra rien ; dans le second cas il pourra en déduire qu'il y a eu un seul évènement impliquant des objets deux fois plus massifs ou plus rapprochés, et dans le 3e cas il observera un signal qui ne correspondra probablement à aucune modélisation d'un phénomène physique bien prédictible (ou qu'il serait trop difficile à modéliser vu la complexité des différentes hypothèses ou paramètres en jeu) et donc qu'il n'en tirera rien non plus.

 

Cela dit, dans le cas des OG, on voit bien que celles-ci : 1) résultent de phénomènes très énergétiques et impliquant des objets très massifs ; 2) sont observées dans un laps de temps très court (ici 200ms).

 

Il est donc très peu probable que deux évènements d'égale intensité soient observés simultanément au niveau de l'observateur...

 

Par ailleurs, on voit bien que les ondes les plus fortes se produisent dans les derniers instants du phénomène. Donc il y a surement des interférences avec d'autres OG produites par des phénomènes moins énergétiques, mais qui doivent avoir un impact minime sur les OG observées (qui restent les plus énergétiques).

 

Autrement dit, les OG faibles qui sont susceptibles d'interférer avec les OG fortes qu'on observe doivent être perdues dans le "bruit" du détecteur.

 

jb

 

Je me demande avec quels instruments, équipement, matériaux son construites ces installations.

à un femtomètre de précision, l'effet de la chaleur sur les structures

les vibrations terrestres doivent exercer des grandes variations ?

mais j'imagine que des analyses ou des simulations filtrent ces infos avant d'émettre un résultat concret.

[Pirux]

De la news! On parle notamment d un deuxieme signal, (signal candidat) detecte le 12 octobre 2015!

http://m.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/onde-gravititationnelle-onde-gravitationnelle-trous-noirs-frapperait-tous-quarts-heure-61667/

Modifié 18 février 2016 par Pirux

[Jean-Baptiste_Paris]

Je me demande avec quels instruments, équipement, matériaux son construites ces installations.

à un femtomètre de précision, l'effet de la chaleur sur les structures

les vibrations terrestres doivent exercer des grandes variations ?

mais j'imagine que des analyses ou des simulations filtrent ces infos avant d'émettre un résultat concret.

 

Oui la précision est incroyable... j'imagine cependant que tout ce qui relève de la sismologie, variations de températures, etc. a dû donner lieu à de nombreuses modélisations et que les spécialistes sont capables de les identifier.

 

Par exemple pour les vibrations terrestres, l'amplitude doit être bien supérieure à ce qui est recherché ; même pour une secousse minime...

 

Et puis même pour ces facteurs, pour les confondre avec ce qui est recherché, encore faudrait-il qu'il y ait des observations communes entre les différents instruments qui sont quand même bien distants.

 

Par ailleurs, la courbe de l'OG est - dans l'unique observation actuelle - extrêmement caractéristique.

 

Cela dit, si on capte des OG en même temps qu'un tremblement de terre, il y a peu de chance de les identifier !

 

J'aimerais bien savoir comment a été modélisée l'influence de la Lune, qui n'est pas la même à un instant t pour les différents sites !

Et même d'ailleurs pour un seul site, normalement l'influence gravitationnelle de la Lune ne devrait pas être strictement la même d'un bout à l'autre des bras de l'instrument (si on raisonne à l'échelle d'un proton...)

 

jb

Modifié 18 février 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[bang*gib]

De la news! On parle notamment d un deuxieme signal, (signal candidat) detecte le 12 octobre 2015!

http://m.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/onde-gravititationnelle-onde-gravitationnelle-trous-noirs-frapperait-tous-quarts-heure-61667/

 

Merci pour le lien .

 

AU #245 je disais que : Des OG doit y en avoir dans tous les sens.

Pour être honnête l'article de Serge Brunier parlait de détection par heure...

[djdom]

Bonjour,

 

Oui, la précision est incroyable! C'est un vrai défi scientifique Et technologique!

Pour atténuer les vibrations venu du sol, Les miroirs sont suspendus à une chaine de pendules qui se comportent comme des filtres passe-bas.

Les positions relatives des miroirs doivent être contrôlés avec des précisions de 10-13 à 10-15 mètres sachant que l'amplitude des mouvements libres des miroirs est d'environ 1 µm.

 

[Fred_76]

N'oubliez pas que les OG ont été détectées mi septembre 2015 et la publication n'a été faite que mi février 2016. Tout ce temps a été consacré à vérifier que cette détection n'était pas autre chose, genre un lapin poursuivi par un renard, une mouche qui heurte un des miroirs, un enrhumé qui éternue, la mer, la marée, un coup de vent...

[olivdeso]

Oui la précision est incroyable... j'imagine cependant que tout ce qui relève de la sismologie, variations de températures, etc. a dû donner lieu à de nombreuses modélisations et que les spécialistes sont capables de les identifier.

 

Par exemple pour les vibrations terrestres, l'amplitude doit être bien supérieure à ce qui est recherché ; même pour une secousse minime...

 

Et puis même pour ces facteurs, pour les confondre avec ce qui est recherché, encore faudrait-il qu'il y ait des observations communes entre les différents instruments qui sont quand même bien distants.

 

Par ailleurs, la courbe de l'OG est - dans l'unique observation actuelle - extrêmement caractéristique.

 

Cela dit, si on capte des OG en même temps qu'un tremblement de terre, il y a peu de chance de les identifier !

 

J'aimerais bien savoir comment a été modélisée l'influence de la Lune, qui n'est pas la même à un instant t pour les différents sites !

Et même d'ailleurs pour un seul site, normalement l'influence gravitationnelle de la Lune ne devrait pas être strictement la même d'un bout à l'autre des bras de l'instrument (si on raisonne à l'échelle d'un proton...)

 

jb

 

Oui. Bonne remarque.

 

Même les satellites on un impact.

 

Ça me rappelle un de mes prof de méca, chercheur à Orsay, qui essayait de détecter le passage des satellites espions, par modification de la gravité.

C'était possible, mais la nuit, une fois que tous les trains et camions étaient arrêtés. Et c'était il y a 50 ans, donc beaucoup moins de circulation.

Allez savoir ce qu'ils ont vraiment détectés...

[Jean-Baptiste_Paris]

Oui. Bonne remarque.

 

Même les satellites on un impact.

 

L'influence de la Lune est par exemple prise en compte pour les accélérateurs de particules.

 

Au CERN, les forces de marées de la lune déforment l'accélérateur (27km de circonférence) de environ 1mm ; ce qui occasionne des fluctuations d'environ 1MeV dans les énergies des particules observées.

 

http://cds.cern.ch/record/718716/files/PRESSCUT-92-037.pdf

 

jb

Modifié 19 février 2016 par Jean-Baptiste_Paris

[Dom de Savoie]

Bonjour,

 

Je me demande avec quels instruments, équipement, matériaux son construites ces installations.

à un femtomètre de précision, l'effet de la chaleur sur les structures

les vibrations terrestres doivent exercer des grandes variations ?

mais j'imagine que des analyses ou des simulations filtrent ces infos avant d'émettre un résultat concret.

 

Pour mieux comprendre comment tout cela fonctionne, il faut savoir que ces interféromètres sont en fait des instruments actifs et asservis. On s'arrange pour caler la géométrie de l'instrument de façon à ce que le système de détection reste centré sur la frange noire de la figure d'interférence. Dès qu'on s'écarte de la frange noire, un système d'asservissement modifie le chemin optique pour revenir dessus. Ce sont les réactions du système d'asservissement qui sont enregistrées et contrôlées et qui vont révéler la présence éventuelle d'un signal.

 

Quand on met en service un tel interféromètre, la première chose à faire est d'obtenir sont verrouillage sur la frange noire et effectivement un petit tremblement de terre, des vagues un peu plus fortes sur la côte, etc. peuvent conduire à la perte du verrouillage. LIGO et VIRGO ont développé des procédures pour reverrouiller automatiquement et rapidement les interféromètres.

 

En analysant le signal d'asservissement, il est possible de mesurer directement la sensibilité de l'instrument en fonction de la fréquence. Ceci donne en quelque sorte le point zéro. Un signal éventuel va s'écarter de ce point zéro d'une certaine valeur qui sera ou non significative.

 

Enfin, il faut bien voir que l'instrument se comporte comme une antenne sensible dans un domaine de fréquences. Un micro-séisme ou autre perturbation d'origine terrestre ne va pas provoquer le même signal qu'une onde gravitationnelle. Dans le cas de la coalescence de trou noir, les collaboration disposent aussi de l'évolution temporelle du signal qui est très caractéristique.

 

Dominique

[RIGEL33]

Je ne sais pas si cela a été posté, mais voici un petit film explicatif de 5mn :

 

"q3-BNiNsQ14" via YouTube
ERROR: Si vous lisez ce texte, YouTube est hors-ligne ou vous n'avez pas installe Flash

[Didou]

Et puis pour tout ce qui est perturbation, ils ont surement d'autres détecteurs pour ensuite soustraire ce que les détecteurs classiques peuvent mesurer au signal relevé par LIGO.

 

Un peu comme nous en astrophoto, on retire le dark le flat et l'offset avant de traiter les brutes empilées

[Poussin38]

L'ensemble de l'instrument est limité par un ensemble de bruits :

 

• basses fréquences : bruit sismique (peu impactant pour la fenêtre d'OG cherchée)
  
• basses/ moyenne fréquences : bruit thermique
  
• moyennes/hautes fréquences : bruit de photon
  

La construction s'est faite par upgrades successifs à partir de l'identification systématique des bruits, l'étude de leur l'effet sur l'interféromètre et la mise en œuvre de solution techniques correctrices (asservissements) adaptées.

 

 

 

Quelques précisions dans ce doc : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00284986v2/document

[jackbauer]

Pour ceux qui se sentent d'attaque, la collaboration LIGO a mis en ligne ce papier sur la question des bruits susceptibles de perturber la détection des OG :

 

Characterization of transient noise in Advanced LIGO relevant to gravitational wave signal GW150914

http://arxiv.org/abs/1602.03844

[Poussin38]

Merci Jack pour ce doc sur l'enjeu du traitement du signal qui est critique, on voit bien qu'ils s’assoient sur les 2 détecteurs pour dégager un tas de signaux parasites, ce que Virgo ne peut pas faire...

 

Ils ont aussi bien bossé leur upgrade, à l'instar de virgo, vivement une détection commune.

 

A noter que les perspectives d'améliorations sont devant nous avec la limitation du bruit thermique des détecteurs de mouvement de masse par utilisation d'optique et suspensions refroidies : https://www.advancedligo.mit.edu/summary.html

[Poussin38]

 

Ainsi, si on considère que les OG représentent une densité d'énergie positive (attirante et non repoussante, heureusement que la saint valentin est passée ), elle pourrait plutôt relever d'une "matière noire" (avec des guillemets et des pincettes), se pose juste la question de l'ordre de grandeur de la densité d'énergie rayonnée par les vibrations non axisymétriques d'une galaxie pour voir si ça collerait avec le profil de vitesse plat observé...

Je m'auto quote car la question étant fort éloignée de mes compétences pour y répondre de manière autonome, je me suis penché vers mon prof de colles en prépa, astrophysicien de son état (barbe noir qui aime bien expliquer la science fiction...) pour y répondre, je reprends donc sa réponse :

 

Les OG véhiculant de l’énergie, elles courbent l’espace : la gravitation gravite...

La puissance transportée décroit en 1/r^2 et est de toute façon très faible dès qu’on est un peu loin de la source (i.e. quelques dizaines de rayons de Schwarzchild pour le cas des trous noirs). Ce n’est donc pas la bonne échelle de taille pour la courbe de rotation des galaxies.

 

Et voilà, c'est plié (et autant pour moi pour les raccourcis ).

[jackbauer]

Du nouveau demain, lors d'un important meeting à San Diego :

 

[astro-sam]

miam !

[bongibong]

Ils doivent publier les signaux non rendus publics enregistrés en octobre et en décembre ?

[apricot]

Vous avez vu l'APOD de ce jour ?

 

http://apod.nasa.gov/apod/ap160615.html

[Jean-Baptiste_Paris]

Le teaser !

[Benoît]

Je croyais que =ça se tenait à San Diego et non à San Deigo