En août 2017, les astronomes ont fait une autre percée majeure lorsque l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) a détecté des ondes gravitationnelles qui auraient été causées par la fusion de deux étoiles à neutrons. Depuis lors, les scientifiques de plusieurs installations à travers le monde ont effectué des observations de suivi pour déterminer les conséquences de cette fusion, et même pour tester diverses théories cosmologiques.
Par exemple, dans le passé, certains scientifiques ont suggéré que les incohérences entre la théorie de la relativité générale d'Einstein et la nature de l'univers à grande échelle pourraient s'expliquer par la présence de dimensions supplémentaires. Cependant, selon une nouvelle étude d'une équipe d'astrophysiciens américains, l'événement de kilonova de l'année dernière écarte effectivement cette hypothèse.
Leur étude a récemment été publiée dans le Journal of Cosmology and Astropartic Physics,intitulé «Limites du nombre de dimensions d'espace-temps à partir de GW170817». L'étude était dirigée par Kris Pardo, un étudiant diplômé du Département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton, et comprenait des membres de l'Université de Chicago, de l'Université de Stanford et du Center for Computational Astrophysics du Flatiron Institute.
Contrairement aux événements précédents qui ont produit des ondes gravitationnelles, l'événement kilonova - connu sous le nom de GW170817 - impliquait la fusion de deux étoiles à neutrons (par opposition aux trous noirs) et les conséquences étaient visibles pour les astronomes utilisant des télescopes conventionnels. De plus, il s'agissait du premier événement astronomique détecté dans les ondes gravitationnelles et électromagnétiques - y compris la lumière visible, les rayons gamma, les rayons X et les ondes radio.
Comme l'a expliqué le professeur Daniel Holz - professeur d'astronomie / astrophysique et de physique à l'Université de Chicago et co-auteur de l'étude -:
«C'est la toute première fois que nous sommes en mesure de détecter des sources simultanément dans les ondes gravitationnelles et lumineuses. Cela fournit une sonde entièrement nouvelle et passionnante, et nous avons appris toutes sortes de choses intéressantes sur l'univers. "
Comme indiqué, les scientifiques ont longtemps cherché des explications pour l'écart entre notre compréhension moderne de la gravité (comme expliqué par la relativité générale) et nos observations de l'Univers. Essentiellement, les galaxies et les amas de galaxies exercent une influence gravitationnelle plus grande que ce qui peut être expliqué par la quantité de matière visible qu'ils ont (c'est-à-dire les étoiles, la poussière et le gaz).
Jusqu'à présent, les scientifiques ont suggéré l'existence de la matière noire pour expliquer l'apparente «masse manquante» et de l'énergie noire pour expliquer pourquoi l'Univers est dans un état d'expansion constant (et accéléré). Mais une autre théorie est que sur de longues distances, la gravité "fuit" dans des dimensions supplémentaires, la faisant apparaître plus faible à grande échelle. Cela expliquerait la disparité apparente entre les observations astronomiques et la relativité générale.
L'événement kilonova - et les ondes gravitationnelles et la lumière qu'il a produites - a offert à l'équipe de recherche un moyen de tester cette théorie. Fondamentalement, si la gravité avait été divulguée dans d'autres dimensions après la fusion, le signal mesuré par LIGO et d'autres détecteurs d'ondes gravitationnelles aurait été plus faible que prévu. Mais ce n'était pas le cas.
À partir de cela, l'équipe a déterminé que même à des échelles impliquant des centaines de millions d'années-lumière, l'Univers se compose de trois dimensions de l'espace et d'une dimension du temps que nous connaissons. Et selon l'équipe, ce n'est que le premier des nombreux tests que les astronomes seront capables de faire grâce à la récente explosion de la recherche sur les ondes gravitationnelles.
«Il y a tellement de théories que jusqu'à présent, nous n'avions pas de moyens concrets de tester. Cela change la façon dont beaucoup de gens peuvent faire leur astronomie », a déclaré Fishbach. Avec les futures détections d'ondes gravitationnelles, les scientifiques pourraient trouver des moyens de tester d'autres mystères cosmologiques. "Nous attendons avec impatience de voir les ondes gravitationnelles que l'univers pourrait nous réserver", a ajouté Holz.
