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  Actualités scientifiques/



3 octobre 2017

Prix Nobel de physique 2017 : la détection des ondes gravitationnelles

En bref : deux trous noirs fusionnent il y a des milliards d'années et causent aujourd'hui l'enregistrement d'un déplacement de \(10^{-18}\,m\) sur un détecteur terrestre...

Une vidéo intéressante pour comprendre les ondes gravitationnelles et leur détection.



Le prix Nobel de physique récompense cette année les efforts déployés pour détecter les ondes gravitationnelles.

En effet depuis 2015, des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs ont été détectées par les détecteurs Ligo 1 et 2 aux Etats-Unis, et Virgo en Italie.

Les deux instruments américains avaient déjà détecté de tels événements en 2015 et début 2017, et en août 2017 les trois instruments ont réalisé une détection simultanée. Cette détection simultanée en trois points de la Terre permet d'estimer plus précisément, par triangulation, la région du ciel d'où provient le signal.


Une onde gravitationnelle entraîne des contractions et dilatations de l'espace, et change donc la distance entre deux points fixes dans l'espace. Les détecteurs fonctionnent en exploitant des interférences optiques (à la façon d'un interféromètre de Michelson, voir le chapitre sur l'optique ondulatoire) : un faisceau laser parcourt un bras de 4km de long, se réfléchit sur un miroir, revient au départ pour être superposé au faisceau laser qui a fait le même parcourt dans un autre bras, perpendiculaire au premier. Lors du passage d'une onde se propageant dans une direction, un des bras est plus allongé que l'autre, et c'est cette différence qui entraîne une variation de l'intensité lumineuse mesurée.


Ainsi, après avoir voyagé pendant 1.8 milliard d'années à la vitesse de la lumière, les ondes gravitationnelles issues de la fusion de ces deux trous noirs ont atteint la Terre et nos trois détecteurs, causant un allongement relatif des bras des détecteurs d'environ \(\delta L/L \sim 10^{-21}\), où \(L \sim 3\,km\) est la longueur d'un bras de l'interféromètre. Ceci ce traduit donc par un déplacement \(\delta L \sim 10^{-18}\,m\). Les instruments ont donc dû être perfectionnés jusqu'à pouvoir détecter une variation de distance de un millième de fois la taille d'un proton ! Inutile de souligner qu'il s'agit d'une véritable prouesse technologique.


L'image ci-contre montre pour chacun des détecteurs LIGO (à gauche et à droite) (i) le signal enregistré (graphique du haut, on notera que l'ordonnée est l'allongement relatif en unité de \(10^{-21}\) !), et sur la deuxième ligne un fit par un modèle issu de calculs de relativité générale. On constate que l'accord entre modèle et mesures est excellent.


Un fit sur le signal mesuré permet d'estimer la masse des deux trous noirs et la masse finale. Par exemple dans le cas de l'évènement d'août 2017, les deux trous noirs ayant fusionnés avaient une masse de 25 et 31 fois la masse du Soleil, pour former un trou noir de 53 masses solaires. Il manque ainsi 3 masses solaires dans ce bilan : cette masse a été convertie en énergie sous forme d'ondes gravitationnelles. Ce graphique donne les données pour les autres évènements observés par LIGO.


Quelques dates :

  • 1915 / 1917, Einstein : Théorie de la relativité générale et prédiction de l'existence des ondes gravitationnelles.
  • 1972, Rainer Weiss : première étude de la faisabilité d'un interféromètre géant pour détecter ces ondes.
  • années 1990 : validations du financement des projets LIGO et VIRGO.
  • Construction et améliorations multiples des deux interféromètres.
  • 12 septembre 2015 : première détection d'un signal d'ondes gravitationnelles par les deux LIGO. Attribué à la coalescence de deux trous noirs.
  • D'autres détections suivent, attribuées à la coalescence de deux trous noirs.
  • 17 août 2017 : signal attribué à la coalescence de deux étoiles à neutrons. Ce signal est aussi détecté par le satellite Fermi comme une bouffée de rayons gamma (un Gamma Ray Burst court dans le jargon) : résolution d'un ancien problème, les GRB courts peuvent être attribués à des coalescences d'étoiles à neutron. Cet évènement est ensuite observé par une soixantaine d'instruments, dans tout le spectre électromagnétique. C'est une première.

Quelques chiffres (LIGO) :
  • Longueur des bras : 4km.
  • Laser : 1064nm, qq dizaines de Watt.
  • Pression dans les bras : \(10^{-7}\)Pa.
  • Diamètre des miroirs : 35cm, taille des défauts sur les miroirs : au plus quelques couches atomiques, pertes inférieures à 1ppm.

Quelques liens :


Vue aérienne du détecteur Virgo en Italie. On voit les deux bras perpendiculaires de l'interféromètre, chacun mesurant 3km.



En haut en rouge : signal prédit par des simulations numériques de relativité générale, avec une illustration des deux trous noirs spiralant l'un autour de l'autre et fusionnant. Cliquer pour agrandir. Source ici.


Signal enregistré par les détecteurs Ligo le 14 septembre 2015. Cliquer pour agrandir. Source ici.




septembre 2017

Fin de la mission Cassini

La sonde Cassini, lancée il y a vingt ans pour explorer Saturne et ses lunes, termine sa mission en s'écrasant (de façon voulue !) dans l'atmosphère de Saturne le 15 septembre.

Voir saturn.jpl.nasa.gov/ pour suivre l'événement.

La sonde Cassini a permis de nombreuses découvertes :

  • Elle a largué le module Huygens sur la lune Titan en 2004.
  • Elle a permis la découverte de jets de particules de glace provenant de la surface de la lune Encelade. Ces jets sont expliqués, dans un des modèles possibles, par la présence d'un océan souterrain d'eau liquide (et la question de la présence de vie arrive alors tout de suite...).
  • Elle a permis une meilleure compréhension de l'atmosphère de Saturne (observation du vortex hexagonal au pôle, du cycle de tempêtes, ...), de ses lunes, des anneaux (interactions lunes-anneaux, découverte de nouveaux anneaux).

Lien vers des images étonnantes.


Images prise avec le Soleil derrière Saturne. Couleurs exagérées. Voir explications. Cliquer sur l'image pour agrandir.


Epimetheus devant les anneaux A et F de Saturne et, au loin et couvert de poussière, Titan. Détails ici, photo 15. Cliquer sur l'image pour agrandir.




février 2017

Découverte d'un système stellaire avec 7 exoplanètes de type terrestre

Une bande dessinée pédagogique résume la découverte récente d'un système stellaire dans lequel orbitent 7 planètes, dont certaines dans la zone habitable de l'étoile. Et qui pourraient, peut-être, abriter une forme de vie...

Page wikipédia avec les données des masses, rayons, et distances à l'étoile des planètes.





novembre 2016

La super lune du 14 novembre 2016 et son traitement (exagéré !) par les médias

Vous avez peut-être entendu parlé de la "super-lune" du 14 novembre comme d'un événement exceptionnel par certains médias.

Voici un article de la Société Française d’Astronomie et d’Astrophysique qui commente ce traitement médiatique et remet les choses à leur place.





octobre 2016

Prix Nobel 2016

Physique :

Le 4 octobre a été attribué le prix Nobel de physique à trois chercheurs britanniques pour avoir fait avancer la recherche sur les états superfluides et supraconducteurs de certains matériaux.

Un état superfluide est état tel que la viscosité du fluide est rigoureusement nulle et un état supraconducteur est un état tel que la résistance électrique du matériau est rigoureusement nulle.

Ces états sont dus à des effets quantiques et sont atteints à des températures très basses. Le passage d'un état "normal" à un état superfluide ou supraconducteur est une transition de phase : tout comme on passe d'une phase gazeuse à une phase liquide, on peut passer d'une phase liquide à une phase superfluide (pour certain corps). Ci-dessous figure par exemple le diagramme p-T de l'helium 4 à très basse température et très basse pression.

Chimie :

Le 5 octobre a été attribué le prix Nobel de chimie à trois chercheurs (dont le français Jean-Pierre Sauvage), pour leurs travaux sur les machines moléculaires.

Une petite vidéo de 6 minutes où Jean-Pierre Sauvage explique de quoi il s'agit.

 



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