ondes gravitationnelles

Ondes gravitationnellesOndes gravitationnelles

Petites perturbations dans la courbure Petites perturbations dans la courbure de lde l’’espace-temps, générées par le espace-temps, générées par le mouvement de massesmouvement de masses

Ondes gravitationnelles par le pulsar Ondes gravitationnelles par le pulsar PSR1913+16PSR1913+16

P=27906.9807807(9) s dP/dt= -P=27906.9807807(9) s dP/dt= -2.425(10) 102.425(10) 10-12-12

Pulsars sont des horloge naturels Pulsars sont des horloge naturels dd ’’une stabilité intrinseque une stabilité intrinseque exceptionelle. exceptionelle.

(Au moins comparable aux horloges (Au moins comparable aux horloges atomiques) atomiques)

Les résidues temporels sont Les résidues temporels sont influencés par des effets relativistes influencés par des effets relativistes divers divers (e.g. Roemer, Einstein and Shapiro (e.g. Roemer, Einstein and Shapiro time time delays) delays)

Le fit de la formule du timing (après Le fit de la formule du timing (après 27 ans d27 ans d’’observations!), permet de observations!), permet de determiner les parametres keplerien determiner les parametres keplerien avec une très bonne précision:avec une très bonne précision:

aa1 1 sin sin = = 2.341774(1) s 2.341774(1) s ,, e e = 0.6171338(4)= 0.6171338(4)

TT0 0 (MJD)(MJD) = =46443.99588317(3) , 46443.99588317(3) , = 226.57518(4) deg = 226.57518(4) deg

P=27906.9807807(9) sP=27906.9807807(9) s 3 parameterspost-keplerien:3 parameterspost-keplerien: dd/dt =4.226607(7) deg/yr, /dt =4.226607(7) deg/yr, =0.004294(1) =0.004294(1)

dPdP/dt /dt == --2.4211(14) 2.4211(14) xx 10 10-12-12

dd/dt , /dt , fixé par la RG en fonction des fixé par la RG en fonction des masses masses mmp p etet m mcc

dP/dt dP/dt fixfixé par la formula du é par la formula du quadrupole quadrupole pour pour

ll ’’emission demission d’’ondes gravitationnelles.ondes gravitationnelles. mmp p = 1.4408(3) M= 1.4408(3) MS S , m, mc c = 1.3873(3) M= 1.3873(3) MSS

(dP/dt)(dP/dt)exp exp / (dP/dt)/ (dP/dt)GR GR ==1.0021.002 ± ± 0.0050.005

Hulse-Taylor, Hulse-Taylor,

Nobel Prize 1993Nobel Prize 1993

double pulsar PSR double pulsar PSR JJ0737-30390737-3039 deux étoiles à neutron, détectées deux étoiles à neutron, détectées

comme pulsarscomme pulsars période de lpériode de l’’orbite 2.4 hr !orbite 2.4 hr ! presque presque ‘‘edge-onedge-on’’ (Shapiro delay) (Shapiro delay) pulse étroit, faible mouvement propre , d=500 pc pulse étroit, faible mouvement propre , d=500 pc

petites corrections dues à acceleration petites corrections dues à acceleration différentielle de la galaxie).différentielle de la galaxie).

5 paramètres post-Keplerien measurés5 paramètres post-Keplerien measurés

après juste 2.5 ans de données, test de la après juste 2.5 ans de données, test de la RG au niveau de 0.05%, beaucoup mieux RG au niveau de 0.05%, beaucoup mieux que le pulsar de Hulse-Taylorque le pulsar de Hulse-Taylor

What we learn from thisWhat we learn from this

GWs exist !GWs exist ! (Not obvious theoretically (Not obvious theoretically until the 1950s)until the 1950s)

We are able to compute their We are able to compute their emission,emission, even when the sources even when the sources have strong gravitational fieldshave strong gravitational fields

We understand how GWs backreact We understand how GWs backreact on the sourceson the sources

Not obvious theoretically (because of the Not obvious theoretically (because of the non-linearity of GR) until the 1980s-1990snon-linearity of GR) until the 1980s-1990s

La gravitation est la plus faible des La gravitation est la plus faible des forces.forces.

Pour produire des OG mesurable, il faut Pour produire des OG mesurable, il faut

des événements des événements titanesquestitanesques……

… …qui, dqui, d’’un autre côté, ne sont pas si un autre côté, ne sont pas si rares dans lrares dans l’’UniversUnivers

SN1987ASN1987A

Supernova Supernova 1997ce1997ceTrès loin:Très loin:5 milliard a.l.5 milliard a.l.

NébuleuseNébuleuseNGC3372NGC3372

Dans la Voie Lactée, Dans la Voie Lactée, à 9000 a.l.à 9000 a.l.

En 1840 elle avait rivalisé En 1840 elle avait rivalisé en brillance avec Sirius,en brillance avec Sirius,ll ’’étoile la plus lumineuse étoile la plus lumineuse du cieldu ciel

Largeur de lLargeur de l’’image env.image env.1 a.l.1 a.l.Vitesse du gaz: 700km/sVitesse du gaz: 700km/s1a.l./(700km/s)≈150 ans1a.l./(700km/s)≈150 ans

CC ’’est un objet très est un objet très énigmatique:énigmatique:une future supernova?une future supernova?

Une autre source très Une autre source très puissante dpuissante d’’ondes ondes gravitationnelles:gravitationnelles:

ll ’’explosion dexplosion d’’un système binaire un système binaire

de deux étoiles à neutronde deux étoiles à neutron

L-L

L+Lh+L-

L L+Lh×

La détection des ondes gravitationnelles

Un schéma de détectionUn schéma de détection

Interféromètre:Interféromètre:

laser

ΔΔL≈10L≈10-16-16 cm ≈ 10 cm ≈ 10-3-3 noyaux atomique!! noyaux atomique!!

Après plus de 20 ans de préparation, Après plus de 20 ans de préparation, des expériences de ce type sont des expériences de ce type sont

entrées en fonctionentrées en fonction VIRGO VIRGO (Italie et France, à Pise) et (Italie et France, à Pise) et LIGOLIGO

(USA)(USA) Longueur de bras 3km (Virgo), 4 km Longueur de bras 3km (Virgo), 4 km

(LIGO)(LIGO) Longueur effective: Longueur effective: plusieurs centaines de plusieurs centaines de

kmkm Laser très puissantLaser très puissant, et techniques pour , et techniques pour

amplifier la lumière à lamplifier la lumière à l’’intérieur des brasintérieur des bras Isolation sismique extrêmeIsolation sismique extrême

TAMA600 m

300 m4 & 2 km

4 km

AIGO

3 km

VIRGOVIRGO

LIGO, Livingstone site

Le future: LISALe future: LISA Interféromètre dans Interféromètre dans

ll ’’espace espace ESAESA si approuvé lancé en si approuvé lancé en

2020 ?2020 ? pas de bruits sismiquespas de bruits sismiques bras de 5 millions bras de 5 millions de km !!!de km !!! sensibilité sensibilité

exceptionnelleexceptionnelle cherche les OG de cherche les OG de

petites fréquencespetites fréquences

Bras: 5Mkm distance Terre-Soleil: 150 MkmBras: 5Mkm distance Terre-Soleil: 150 Mkm

Galactic Binaries:

SNR up to 500 in 1 year

Massive black hole binaries from merging galaxies cores

 SNR up to 2000 in one year at z 1 – 3

Angular resolution few’-few°

Potentialities of LISA