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Le centre de gravité du système solaire a été estimé avec une précision de 100 mètres

Des astronomes travaillent sur les ondes gravitationnelles, afin d'en savoir plus sur les trous noirs. Leur recherche a pris un tournant inattendu : ils ont estimé la position du centre de gravité du système solaire avec une grande précision.

La position du centre de gravité du système solaire, son barycentre, a été estimée avec une précision de 100 mètres. Grâce à cette estimation précise, il est possible d'en apprendre davantage sur les trous noirs, rapporte une étude présentée le 30 juin 2020 et publiée dans The Astrophysical Journal.

« Notre sensibilité aux ondes gravitationnelles est limitée par la précision avec laquelle nous pouvons positionner la Terre autour du barycentre du système solaire », écrivent les auteurs dans cette étude. Les ondes gravitationnelles, observées directement pour la première fois en 2015, se propagent en déformant l'espace-temps. Provoqué par un événement cosmique d'intensité extrême, leur signal peut atteindre la Terre (il est alors assez faible). Ces ondes, qui peuvent être émises lors d'une fusion de trous noirs, sont très utiles pour mieux comprendre ces objets célestes.

Puisque ces ondes déforment l'espace-temps, il faut donc chercher des changements dans la forme de notre galaxie entière pour les détecter. C'est ce que fait le consortium d'astronomes NANOGrav (« North American Nanohertz Observatory for Gravitationnal Waves », qui utilise les radiotélescopes de l'observatoire de Green Bank et d'Arecibo), qui a collaboré à la nouvelle étude, en s'intéressant particulièrement aux pulsars.

Ces sources produisent un rayonnement électromagnétique, sous forme d'émissions brèves et régulières. Les chercheurs sont partis en quête de changements dans les intervalles de ces ondes. De tels écarts, s'ils étaient observés de façon corrélée sur plusieurs pulsars, pourraient être le signe d'ondes gravitationnelles en train de déformer l'espace-temps dans la Voie lactée.

Comme une araignée attendant sa proie

Les chercheurs comparent cette recherche à une araignée attendant en silence au milieu de sa toile, prête à percevoir le moindre mouvement d'une proie. « La façon dont nous comprenons bien le barycentre du système solaire est essentielle tandis que nous essayons de détecter même le moindre frisson sur la toile », décrit Stephen Taylor, astrophysicien spécialiste des ondes gravitationnelles, professeur adjoint à l'université Vanderbilt et co-auteur de l'étude, cité dans le communiqué présentant l'étude. Au niveau de ce barycentre, les masses de tous les objets du système solaire (planètes, lunes, astéroïdes) s'équilibrent.

Encore faut-il trouver le centre de gravité de cette toile qu'est le système solaire. Contrairement à ce que l'on pourrait penser spontanément, ce point n'est pas situé au centre du Soleil, mais à proximité de la surface de l'étoile. Mais comment estimer sa position le plus précisément possible ? « L'élément crucial de notre approche s'avère être la modélisation des incertitudes dans l'orbite de Jupiter », écrivent les auteurs. L'orbite de cette planète n'est pas parfaitement connue.

Quel est le rapport entre l'orbite de Jupiter et la quête des ondes gravitationnelles ? « Le problème, c'est que les erreurs dans les masses et les orbites se traduiront dans des artéfacts dans le chronométrage des pulsars qui pourraient bien ressembler à des ondes gravitationnelles », complète Stephen Taylor dans le communiqué. Il existe donc un risque d'incohérence dans les résultats. Voilà pourquoi les scientifiques ont décidé d'estimer plus précisément le barycentre du système solaire, tout en travaillant sur les ondes gravitationnelles. En observant des pulsars dispersés à travers la Voie lactée, il a été possible de mieux situer la position de ce barycentre.

Le consortium NANOGrav continue de collecter des données précises et nombreuses sur les pulsars. En s'assurant de détecter correctement de potentielles ondes gravitationnelles, les astronomes ont bon espoir de pouvoir étudier bientôt des trous noirs.