Un peu d’archéologie cosmique à l’aide d’ondes gravitationnelles

in #steemstem7 years ago

It is time for something in French today. I adapted this older article of mine, where I discuss things that can be done with gravitational waves on the basis of this scientific article from November 2017.

Donc voilà, aujourd’hui c’est l’heure d’écrire en français et je vais discuter d’ondes gravitationnelles et de choses que l’on peut faire avec, comme décrit par exemple dans cet article de novembre dernier.


[image credits: LIGO]

Pour le titre de ce post, et bien…

De façon amusante, l’archéologie cosmique est juste une façon un petit peu clickbait d’indiquer que l’on va s’intéresser à l’univers primordial.

De la même façon que l’archéologie s’intéresse à l’histoire ancienne de la race humaine, l’archéologie cosmique se concentre sur les premiers instants de l’univers.

Facile non? :)

Parmi tous les outils utilisé en archéologique cosmique, il y en a un tout neuf: les ondes gravitationnelles récemment observées. Et c’est de ça que je vais parler.


LES ONDES GRAVITATIONNELLES EN 3 MOTS

Commençons par discuter de ce qu’est une onde gravitationnelle. Le plus simple est de faire une analogie.


[image credits: Wikipedia]

On peut imaginer le calme plat sur un lac. Ensuite, on arrive avec un gros caillou et on le lance dans l’eau. Bam…

Le choc va créer une série d’ondelettes qui vont se propager depuis le point où le caillou a touché l’eau, comme sur l’image à droite.

Lors de leur propagation, les ondes vont alors modifier localement le niveau de l’eau.

Dans le cadre des ondes gravitationnelles, c’est presque pareil. On part d’un événement catastrophique dans l’univers (notre caillou touchant l’eau). Ce dernier va alors générer une série d’ondes qui vont se propager dans l’espace-temps, sur de grandes distances, et modifier sa structure localement.

Voilà, vous savez tout (ou presque) ! :)

Les ondes gravitationnelles consistent en une prédictions de la théorie de la relativité générale proposée par Einstein au début du 20ème siècle.

La confirmation de cette prédiction eut lieu exactement 100 ans plus tard, c’est-à-dire l’an dernier. Les collaborations LIGO et Virgo ont observé des événements qui ont été interprétés comme la détection des ondes gravitationnelles résultant de la fusion de trous noirs de d’étoiles à neutrons.


LA DETECTION D’ONDES GRAVITATIONNELLES: UN DEFI DE TAILLE


[image credits: Wikipedia]

Afin d’avoir des ondes gravitationnelles observables, il faut partir d’un événement catastrophique dans l’univers. Et il n’y en a pas 500 de possible.

Il faut des objets interagissant de façon très forte sous l’action de la gravité. Sinon, les ondes seront juste non détectables (et notre histoire s’arrêterait ici).

Mais nous sommes sauvés par la présence d’objets supermassifs comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons.

Seulement, même dans ces cas-là, les ondes générées sont minuscules. Lorsque deux énormes trous noirs fusionnent, on parle de variation de la structure de l’espace-temps qui sont de 10-19m.

C’est à-dire 0.0000000000000000001 mètre. Et il faut mesurer cela. Une règle ne suffit donc pas… Tout un défi! Grâce à l’interférométrie, les expériences LIGO et Virgo ont cependant réussi à relever ce défi!

Plusieurs événements ayant eu lieu il y a fort longtemps et à des endroits fort éloignés de chez nous ont ainsi été détectés. Bien sûr, on a du patienter tranquillement après ces événements afin de laisser le temps aux ondes de se propager à la vitesse de la lumière… L’éternelle question du voyage dans l’espace non ? :)


DETECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES - LES BASES

Comme indiqué ci-dessus, la détection des ondes gravitationnelles se base sur l’interférométrie et des appareillages expérimentaux comme LIGO (l’un de ses deux détecteurs est illustré ci-dessous) ou Virgo (son compagnon européen).


[image credits: LIGO]

Chaque détecteur d’ondes gravitationnelles est fait de deux bras (voir l’image) dans lesquels circule un laser, bien à l’abri de toute perturbation extérieure afin d’avoir les mesures les plus propres possibles.

Pour cette même volonté de réduction du bruit extérieur, les détecteurs sont placés dans des zones éloignées de toute activité humaine.

N’oublions pas qu’on essaie de mesurer un déplacement minuscule de 0.0000000000000000001 mètre.

Mais comment être sûr que nous avons affaire à une onde gravitationnelle et pas à l’un de mes voisins en train de tondre sa pelouse? Et bien, il suffit d’avoir plusieurs détecteurs bien éloignés les uns des autres et de vérifier que le même signal est enregistré dans chacun d’entre eux.

Coordination est le mot clé. Comme les ondes gravitationnelles voyagent à la vitesse de la lumière, on devrait effectivement avoir une détection simultanée à l’échelle terrestre.


DETECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES - EN PRATIQUE

Le principe sous-jacent à la détection des ondes gravitationnelles est assez facile à comprendre à partir de l’image ci-dessous. La ligne rouge décrit le chemin parcouru par le laser circulant dans les bras du détecteur. La source du laser est indiquée par les lettres LD.


[image credits: Wikipedia]

Notre laser commence par arriver à un séparateur de faisceau (la grosse ligne diagonale au milieu de la figure). Et du coup, hop nous avons deux faisceaux issus d’un faisceau unique. Chacun de ces faisceaux va alors circuler dans un bras du détecteur.

L’un des faisceaux ira droit dans un miroir cible, tandis que l’autre est dévié vers un miroir de référence. On calibre le tout pour que les deux faisceaux voyagent exactement sur la même distance.

Lorsque chacun des faisceaux arrive à son miroir respectif, il est réfléchi et retourne vers le séparateur. Cette fois, ce dernier permet de fusionner les deux faisceaux en un faisceau unique qui est redirigé vers un détecteur (les lettres PD sur l’image).

Dans le cas où nos deux faisceaux ont voyagé sur la même distance, le détecteur enregistrera un point unique. Comme lorsqu’on pointe le mur ou le sol avec un faisceau laser.

Par contre, dans le cas où une onde gravitationnelle passe par là, les faisceaux voyageront sur des distances légèrement différentes. Les conséquences sont énormes. A la place du point, le détecteur enregistrera un pattern d’interférences, c’est-à-dire une succession plus ou moins étalée de régions sombres et claires.

A partir de cela, on peut dériver les propriétés de la modification initiale avec une précision incroyable, et mesurer des variations de l’espace-temps de 0.0000000000000000001 mètre.

Bon dans la vraie vie, c’est légèrement plus complexe. Mais le principe clé est bien celui ci-dessus.


ET L’ARCHEOLOGIE COSMIQUE DANS TOUT CA?

Les fusions de trous noirs et d’étoiles à neutrons ne sont pas les seuls événement donnant lieu à des ondes gravitationnelles.


[image credits: Cambridge

Les ondes gravitationnelles peuvent être utilisées comme outils permettant de sonder la physique de l’univers primordial.

Car selon les différents scénarios possibles, il est prédit que de nombreux événements peuvent avoir donné lieu à une production d’ondes gravitationnelles durant les premiers instants de l’univers.

On pourrait ainsi par exemple en apprendre plus sur l’inflation ou les modèles de cordes cosmiques.

Grâce aux données attendues dans les futures expériences, on espère pouvoir commencer à explorer les différents modèles, contraindre ceux qui seraient plutôt plausibles et exclure ceux qui sembleraient plutôt foireux.

Bref, un futur excitant!


STEEMSTEM

SteemSTEM est un projet communautaire sur la blockhain Steem qui vit depuis plus d’un an et demi. Nous cherchons à développer une communauté visant à promouvoir le contenu STEM (Science, Technologie, Ingénierie et Mathématiques) et à rendre ainsi Steem plus accueillant pour ce qui touche aux champs STEM.

Plus d’informations peuvent être obtenues sur le blog de @steemstem ou de sa branche francophone @francostem, dans notre dernier rapport d’activités et également ici pour en ce qui consiste le développement de notre communuauté.

Dans tous les cas, n’hésitez pas à nous rendre visite sur notre serveur discord!

Sort:  

Super article comme d'habitude !

Je me demandais si il était possible de localiser l'endroit où s'est produit le phénomène qui a produit les ondes gravitationnelles avec seulement 2 capteurs et un espacement aussi "faible" ou si il fallait plus d'observations pour déterminer où elles ont été produites.

PS : J'ai eu un peu de mal à trouver le lien cette fois ^^

Pour la localisation, c'est ou Virgo entre en jeu. On a les deux detecteurs de LIGO plus le troisieme detecteur de Virgo, et on arrive a tres tres bien localiser l'origine de l'onde. C'est de la triangularisation, en gros ;)

Ok, je n'avais pas vu que LIGO en ont deux :)

J'ai vu dans un expose la localisation d'un evenement d'ondes gravitationnelles avec et sans virgo (je pense qu'il s'agissait de celui des etoiles a neutrons). C'est impressionnant. Je n'arrive cependant plus a remettre la main sur le talk... :/

un petit peu clickbait

Good strategy...

I have a long-shot (probably pointless) amateur question.

Recently we had some posts devoted to clouds that behave as the solitons. So I've just googled "gravitational soliton" and ok, there is something.

Now my long-shot stupidity: is there a possibility to find some really strange phenomena related to soliton waves, like standing breathers, or something even more strange?

Great question! I however don't know...

I found this but this is maybe not what you have in mind. We also have soliton solutions to the equations of Einstein, and possibly this could be interesting. This second one seems to potentially answer your question :)

I may read those papers later next week and we can rediscuss, if you want.

Thank you for the great "morning coffee literature"
Spoiler Alert for those who like to be stunned while reading the papers

The first paper was friendly for non-physics people. Different objects are producing solitons of different compactness. Nice to know, although I haven't understood why are they asymmetrical.

The second one had a mindblowing sentence:

the gravitational wave is absent. However, these electromagnetic waves produce some running longitudinal deformations of spacetime (of metric components on (t, x)-plane).

I guess that this is the answer to my question

There may be other papers. Will continue looking, but not now (waiting for boarding a flight, which is not that practical ;) ).

Hello @lemouth , thanks for this information, but could this gravitational wave's be related to the big bang theory? . Sorry if my question is not relevant, but that's the best event i can relate with this post. Thanks

Hi!

The gravitational waves that we have found so far are not related to the big bang. However, some of them are supposed to have been emitted from the big bang. There is just no sign of them (yet?). We thought having found them 3-4 years ago (BICEP2), but this was a data analysis failure at the end of the day. So maybe in a close future :)

Humm thanks alot for the response.

You are very welcome!

A slightly off topic question: Have you ever heard of Joao Magueijo and the theory that light was faster in the early universe? Makes me wonder if true, would the speed of gravity waves also be faster?

Also makes me wonder if the speed of light and the speed of gravity waves have been compared yet? Any cataclysmic events that have been picked off by LIGO as well as by optical telescopes?

A slightly off topic question: Have you ever heard of Joao Magueijo and the theory that light was faster in the early universe? Makes me wonder if true, would the speed of gravity waves also be faster?

I have never investigated his theory (and I can't thus answer your question). One alternative to standard physics. His theory is however testable, but I don't know the status. I guess: still pending (as I can't find anything new with this respect) :)

Also makes me wonder if the speed of light and the speed of gravity waves have been compared yet? Any cataclysmic events that have been picked off by LIGO as well as by optical telescopes?

Yes they did, thanks to the neutron star merger event for which both gravitational and electromagnetic waves have been observed. The speed match to an amazing level of precision.

Comment peut on être sur qu'on arrivera a détecter les ondes même à longue distance ? La propagation des ondes gravitationnelles à des année-lumière est elle possible sans interférence ? Excusez moi s'il te parait qq chose claire mais je voulais savoir !

Ces ondes interagissent extremement faiblement. En fait, dire qu'elle n'interagissent pas avec la matiere erst une approximation tout a fait valable a ce niveau. Cette hypothese a ete verifiee par la detection des 5-10 evenements d'ondes gravitationnelles de cette derniere annee (je n'ai pas le nombre exact en tete).

Est-ce que cela repond a la question?

Si l'interaction est quasiment negligeable donc normalement tout est clair ! Continues le bon travail :)

Merci :)

Est-ce que l'écho du big bang est une onde gravitationnelle du coup ?

C'est vraiment très intéressant, tu es mon sciences et vie steemien lol.

On recherche toujours les ondes gravitationnelles qui pourraient provenir du big bang. Mais rien de concluant pour le moment. Il y a eu toute une histoire, il y a 3-4 ans, avec BICEP2. Mais au final, il s'agissait d'une erreur dans l'analyse des donnees.

Superbe article, je ne connaissais pas du tout les ondes gravitationnelles.
J’ai une question qui peut paraitre bête, si on part du principe que les ondes sont des déplacements créés à partir d’un choc. Ces ondes en se déplaçant peuvent également si elles sont artificiellement recréées déplacer un objet ?
Je pense notamment aux déplacements d’un transport d’un point A vers un point b.
Pensez-vous la chose possible ?

Merci pour ton commentaire.

Ces ondes interagissant ultra faiblement avec la matiere, il faut vraiment des evenements catastrophiques pour les generer. Comme par exemple des fusion de trous noirs. Donc au niveau artificiel, c'est malheureusement impossible. Nous n'avons pas assez de masse sur Terre pour cela. De facon similaire, les ondes creees n'interagiront pas avec la matiere en raison de la faiblesse de la force gravitationnelle.

J'espere que cela clarifie. Sinon, ne pas hesiter a revenir vers moi :)

Dommage moi qui pensais avoir trouvé la solution au voyage vers Mars ^^
Je te remercie pour ton explication
Au plaisir de te lire

Mais de rien et a bientot!

PS: En effet, pour les voyages spatiaux ca ne marchera pas. ^^

Nous n'avions pas pris connaissance d'un tel phénomène avant de nous intéresser à votre article ! Upvoté à 100% !

Merci les amis ^^

I followed the link to the English version of the post, I was amazed to see my comment on the post (Cosmic Archeology). I had to read the post again to refresh my memory.
merci d'avoir partagé cela

Yeah, repetition is important for learning. However, the other languages I know are not at a level I can write :p

Yeah, repetition is important for learning

You're very correct sir.

However, the other languages I know are not at a level I can write :p

Maybe one of these days, you may consider translating your post into Naija pidgin language. I can help with that too :)

I just don't know a single word... Not very good as a starter. And I definitely have no time to learn a 6th language (although among the 5 I already know, one is rusted and 2 are at a very basic level) ;)

You know five languages? Wow! Now I'm challenged. I'm going to learn a new language; maybe Français :)

I speak fluently 2 of them, and read more or less 3 others (for 1 of them speaking is complicated, and for the 2 others, speaking is a real pain).

French is not the easiest language on Earth ;)

Merci pour cet article très intéressant sur un sujet complexe mais expliqué avec simplicité!!! Et le tout en français 👍

Oui, une a deux fois par mois, j'essaie d'ecrire en francais. Ca change ;)

Ahh je suis contente quand tu écris en français car je peux enfin comprendre toutes les choses intéressantes que tu expliques.
J’ai adoré cette article. Je trouve ça passionnant d’en apprendre plus sur l’univers. Merci pour cet article de qualité!

Avec plaisir! J'essaie d'ecrire 2 a 3 fois par mois en francais, mais c'est pas evident. Mon temps est au final assez limite. Mais je vais tenter de faire des efforts ;)

Ravi que l'article t'ai plu!

In my opinion this is really great to share information in your language, and sharing the informative stuff regarding the gravitational force. These type of posts makes Steemit more diversified and multilingual. Keep doing the great work and wishing you an great day. Stay blessed. 🙂

Yep, i agree. Once in a while (i.e. every 2-3 weeks), I take the time to write in French.

I really think that this is how French-speaking people may be attracted to Steem somehow: having people here proposing some content in French which they may appreciate. This is of course my opinion and that's it.

It's an great initiative and keep doing it.

Don't worry, I will :)

Great to hear that. 🙂

Vos articles sont toujours aussi intéressants ☺️
Merci

Avec plaisir! :)

Le futur nous réserve de belles surprises !
L'univers primordial est passionnant... merci pour cet article ;-)

Il est passionnant, et il reste tellement a apprendre ;)

Article super intéressant, je suis content d'en avoir appris un peu plus grâce. C'est un sujet passionnant !

Merci! Tout le plaisir est pour moi :)

Did you know that long before Isaac Newton discovered the theory of gravity, there was a scientist who had thought of the theory.

He is a Muslim scientist who lived in the 12th century AD Historians pursue the title as' the greatest physician in history. ".

Muslim scientists who have contributed enormously to a modern development called Al Khazini. Al-Khazini was born in Byzantium or now known as Greece. Al Khazini is an all-round Muslim scientist who works in astronomy, physics, biology, chemistry, mathematics and philosophy.

Thanks to his intelligence, Al-Khazini succeeded in sparking important theories in fields such as: the experimental scientific method in mechanics; Potential strengths in; verse power, time and weight; also reporting distance. His hydrostatic balance theory has also encouraged the discovery of a variety of scientific equipment. One of the most important inherited al-Khazini in the field of astronomy is Table Sinjaric. The table describes a 24-hour clock designed for astronomical use. This is one of the first known astronomical clocks in the Islamic world.

In addition, al-Khazini also explained about the position of 46 stars which in the future became the reference of scientists and students in Kadu Byzantium. Al-Khazini also succeeded in creating a variety of tools that are essential for astronomical research and development such as triquetrum, dioptra, triangular, quadrant and sectional equipment, astrolabes and original equipment on reflection.

Another important contribution that al-Khazini inherited in the field of physics is the book Mizan al-Hikmah or Balance of Wisdom. In the book, al-Khazini explains in detail the thoughts and theories he created about the balance of hydrostatics, construction and usefulness, and the theory of statics or the science of equilibrium and hydrostatics.

Al-Khazini and other Muslim scientists also called hydrodynamics, he also has a growing knowledge in Europe. Not only that, Al-Khazini's thinking later inspired many important tools such as barometer and thermometer. Al-Khazin was also considered to be the inventor and size of the hot temperature, before it was later developed by Torriceli and Galileo.

Al-Khazini has also made a lot of capillarity measurements and uses aerometer for density and with respect to the temperature of liquids, the theory of levers and the use of measurements for buildings and for measuring time.

I know about him and his tables (in the field of astronomy). I I would however not call him the greatest physicist of history... This just does not mean anything. There are so many good people who contributed to the current knowledge...

PS: what is the point with respect to my post?

When I read anything about cosmic,I can't help to think if the space is really what we believe it is. I think there's much more that we don't know which much bigger than what we can ever imagine.

According to the theory, we will never be able to probe space beyond a given limit. Therefore, form there, we are free to imagine anything ^^

Belle explication et chapeau pour poster en français et en anglais de la vulgarisation sur des sciences aussi complexe!

Merci! Le plaisir est pour moi :)

I must say am no all that conversant with french but i Love the concept of gravitational waves.
Discovered a century ago by Einstein

But scientist just validated it...
Wish i could enjoy the remaining part.
But French!!!

You have the English version of this post on the link given with the first sentence of this post. See here. :)

Discovered a century ago by Einstein

Actually, they have been predicted by Einstein 100 years ago, and discovered last year.

the narrative is good and the examples are explanatory.

Thank you for the comment! :)

Good .. Very good, I like your way.
You have something different, keep on with your real way, that's what you should prove to everyone, that you are good ..
Allow me @razi04 always be your friend, I want to always follow your footsteps.
Thank you my friend. @lemouth

Please Stop - @razi04

You just said "follow you","i like your" and in your your last 100 comments you used 87 phrases considered to be spam and you made this exact same comment 1 times. You've received 2 flags and you may see more on comments like these. These comments are the reason why your Steem Sincerity API classification scores are Spam: 54.40% and Bot: 7.30%

Please stop making comments like this and read the ways to avoid @pleasestop and earn the support of the community.

You should listen to @pleasestop... seriously.

@lemouth very good content I always observe your publications, excellent, I invite you to observe my content thanks greetings ...

Thanks! I will ^^

hello @lemouth,
Really very awesome post. my husband and i are new born in steem.
We love cosmology and want to know how is this world created?
On be half of Einstein :
Look deep into nature, and then you will understand everything better.

PS: I've followed you and upvoted this post. If you like, you can do the same so we can support each other :)
Good luck.

Welcome to Steem then! I will have a look to your blog :)

Interesting publication, congratulations @lemouth

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Thanks for passing by!

maybe you could ask utopian if they can send some volunteers your way, i know they have plenty to translate, so does steembasicincome , your high quality articles are ofcourse not all standard english but as far as i know these people do it for sense of community, not for pay so asking probably costs nothing ... #fyi

DSC00218.JPG
... to imagine some people get used to the view ... it's unimaginable ;-) best place to be at 5am on a saturday morning in that place if you ask me ...
okay, not spamming , just wanted to say you might have options there, monsieur @lemouth , they have discord too i'm sure you can find out lol, thats not rocket science after all ;-)

I don't want anyone else than me to translate my articles. Because I actually want the physics to be right. This means, I will do it, in due time ?:)

Is it the Bahai garden? This sounds familiar.

i totally understand, just mentioning an option :) i think its more than beneficial to simply have the english versions of #steemstem already, anything else is a bonus and without it maybe an incentive to learn better english ... those are the steps of sacré coeur on a saturday morning at sunrise, well somewhat below looking down to the direction of gare du nord, doesnt quite catch the atmosphere of all the young people sitting there after a night out but its an amazing place to be at that day & time

Haha I was so off with the picture! :)

I understand, for what concerns the translations. For the important posts, we have our community curators who translate them, so that we are in principle prepared for 5 languages :)

Merci pour ton article en langue de Molière qui me permet de mieux intéragir. Il y a dans cette science, une certaine analogie avec la géophysique et la captation par géophone des secousses sismiques. On est au temps 0 de cette technologie, j'imagine les possibilités futures... avec une possibilité certaine d'usage cartographie ? voir d'identification de densité des matériaux traversés...

En fait, le futur est deja tres prometteur. Avec les futures donnees des experiences existentes, et les futures experiences, la detection d'ondes graviationnelles va devenir la routine et on pourra etudier tout cela avec precision! :)