Why Finding Gravitational Waves Would Be Such a Big Deal
mardi 12 janvier 2016 à 19:08Une particule de masse, pour le champ gravitationnel, c’est comme un aimant pour le champ magnétique : une distorsion, qui produit une force.
Là où une onde électromagnétique peut être générée par un déplacement d’un aimant près d’une charge électrique, on peut aussi créér une onde gravitationnelle en déplaçant une masse dans le champ de gravitation.
Une masse qui se déplace, c’est comme un bateau qui se déplace sur un lac : ça créé des vagues. Si le bateau est à l’arrêt, il n’y a pas de vagues.
Le "problème" du champ gravitationnel, et de ces ondes, c’est qu’elles sont incroyablement faibles et donc incroyablement difficiles à détecter.
Les ondes gravitationnelles que le détecteur LIGO tente de détecter sont produites par la fusion de trou-noirs super-massifs. On ne parle donc pas de n’importe quelle ordre de grandeur de masse.
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Comment fonctionne ce détecteur LIGO ?
Vous avez déjà vu ces lueurs "floues" au dessus d’une flamme ? Ils s’agit de remous dans les zones plus chaudes qui se mélangent à l’air plus froid alentour. La température de l’air variant, sa densité aussi et son indice de réfraction optique également : la lumière est donc sans cesse dévié par ces remous, d’où le flou.
Maintenant, sachez que la lumière se déplace en suivant les lignes de l’espace temps. Si les lignes de l’espace temps sont déformées (courbées, par la présence de masse), alors la lumière va les suivre en se courbant aussi.
Du coup, un rayon lumineux qui traverse une région où la structure de l’espace temps est remuée par la présence d’une forte masse en déplacement (deux trou noirs tourbillonnants l’un autour de l’autre, par exemple), va être dévié tout comme la lumière est déviée au dessus d’une flamme de bougie (mais à cause d’un effet différent et à une échelle bien plus vaste).
Pour détecter une onde gravitationnelle, il faut donc mesurer la déviation d’un rayon lumineux, non pas à cause des variations de la température de l’air, mais à cause de la déformations locale et temporaire de la structure de l’espace temps.
Dans le détecteur LIGO, une telle mesure est obtenue par un faisceau laser dans un tube rectiligne de de 4 km de long (à ce niveau, pour avoir un tube droit, il faut compenser la courbure de la Terre…). Le faisceau va faire 75 allers retours (pour amplifier les éventuelles distorsions qu’on chercher à détecter) et ensuite on fait interférer le faisceau avec lui-même (principe de l’interféromètre de Michelson).
Avec ce principe, même si le faisceau ne se déplace que d’un milliardième de nanomètre (0,001% du diamètre d’un proton), on pourra détecter le déplacement. Ceci correspond à la sensibilité d’une variation de 1/1 000 000 000 000 000 000 000).
— (permalink)
Là où une onde électromagnétique peut être générée par un déplacement d’un aimant près d’une charge électrique, on peut aussi créér une onde gravitationnelle en déplaçant une masse dans le champ de gravitation.
Une masse qui se déplace, c’est comme un bateau qui se déplace sur un lac : ça créé des vagues. Si le bateau est à l’arrêt, il n’y a pas de vagues.
Le "problème" du champ gravitationnel, et de ces ondes, c’est qu’elles sont incroyablement faibles et donc incroyablement difficiles à détecter.
Les ondes gravitationnelles que le détecteur LIGO tente de détecter sont produites par la fusion de trou-noirs super-massifs. On ne parle donc pas de n’importe quelle ordre de grandeur de masse.
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Comment fonctionne ce détecteur LIGO ?
Vous avez déjà vu ces lueurs "floues" au dessus d’une flamme ? Ils s’agit de remous dans les zones plus chaudes qui se mélangent à l’air plus froid alentour. La température de l’air variant, sa densité aussi et son indice de réfraction optique également : la lumière est donc sans cesse dévié par ces remous, d’où le flou.
Maintenant, sachez que la lumière se déplace en suivant les lignes de l’espace temps. Si les lignes de l’espace temps sont déformées (courbées, par la présence de masse), alors la lumière va les suivre en se courbant aussi.
Du coup, un rayon lumineux qui traverse une région où la structure de l’espace temps est remuée par la présence d’une forte masse en déplacement (deux trou noirs tourbillonnants l’un autour de l’autre, par exemple), va être dévié tout comme la lumière est déviée au dessus d’une flamme de bougie (mais à cause d’un effet différent et à une échelle bien plus vaste).
Pour détecter une onde gravitationnelle, il faut donc mesurer la déviation d’un rayon lumineux, non pas à cause des variations de la température de l’air, mais à cause de la déformations locale et temporaire de la structure de l’espace temps.
Dans le détecteur LIGO, une telle mesure est obtenue par un faisceau laser dans un tube rectiligne de de 4 km de long (à ce niveau, pour avoir un tube droit, il faut compenser la courbure de la Terre…). Le faisceau va faire 75 allers retours (pour amplifier les éventuelles distorsions qu’on chercher à détecter) et ensuite on fait interférer le faisceau avec lui-même (principe de l’interféromètre de Michelson).
Avec ce principe, même si le faisceau ne se déplace que d’un milliardième de nanomètre (0,001% du diamètre d’un proton), on pourra détecter le déplacement. Ceci correspond à la sensibilité d’une variation de 1/1 000 000 000 000 000 000 000).
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