Comment l'astronomie sur plusieurs passagers découvre des indices sur le cosmos

Les astronomes ont connu une année exceptionnelle.

En plus de traquer une source cosmique de neutrinos, ils ont détecté la fusion de deux étoiles à neutrons de la taille d'une ville, chacune plus massive que le soleil.

Les découvertes ont été annoncées comme preuve qu'une «nouvelle ère de l'astronomie multimessenger» était arrivée.

Mais qu'est-ce que l'astronomie multimessenger?

Dans notre vie quotidienne, nous interprétons le monde qui nous entoure en nous basant sur différents signaux, tels que les ondes sonores, la lumière (un type d’onde électromagnétique) et la pression de la peau. Chacun de ces signaux peut être acheminé par un «messager» différent. Les nouveaux messagers ouvrent de nouvelles perspectives. Les astronomes ont donc accueilli avec enthousiasme un nouvel ensemble de messagers pour leur science.

Nombreux messagers

Pendant la plus grande partie de l'histoire de l'astronomie, les scientifiques ont principalement étudié les signaux transmis par un seul messager, les rayonnements électromagnétiques. Ces ondes, qui se déplacent dans l’espace et dans le temps, sont décrites par leur longueur d’onde ou la quantité d’énergie contenue dans leurs particules, les photons.

Les ondes radio ont des photons avec la plus faible quantité d’énergie et les plus grandes longueurs d’onde, suivis par la lumière infrarouge et optique à des énergies et des longueurs d’onde intermédiaires. Les rayons X et gamma ont les longueurs d'onde les plus courtes et la plus haute énergie.

Mais les scientifiques étudient aussi d'autres messagers:

• Rayons cosmiques: particules atomiques chargées et noyaux se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
• Neutrinos: particules non chargées qui voient la plus grande partie de l'univers comme transparente.
• Ondes gravitationnelles: les rides dans le tissu même de l'espace et du temps.

Et tandis que certains domaines de l’astronomie explorent ces messagers depuis des années, les astronomes n’ont récemment observé que des événements bien au-delà de la Voie Lactée avec plus d’un messager à la fois. En quelques mois à peine, le nombre de sources où les astronomes peuvent rassembler les signaux de différents messagers a doublé.

Comme une promenade sur la plage

L'astronomie sur plusieurs passagers est une évolution naturelle de l'astronomie. Les scientifiques ont besoin de plus de données pour dresser un tableau complet des objets qu’ils étudient et faire correspondre les théories qu’ils développent à leurs observations.

Les astronomes ont combiné différentes longueurs d'onde de photons pour reconstituer certains des mystères de l'univers. Par exemple, la combinaison de données radio et optiques a joué un rôle majeur dans la détermination du fait que la Voie lactée est une galaxie spirale en 1951.

Et l'astronomie continue de révéler d'excellents résultats sur notre univers en utilisant un seul messager, les photons. Donc, si l’astronomie multi-passagers n’est qu’une étape évolutive d’une incroyable histoire de succès, cela signifie-t-il que ce n’est qu’un nouveau mot à la mode?

Nous ne le pensons pas.

Imaginez que vous vous promenez le long d'une plage de l'océan. Vous appréciez la vue d'un coucher de soleil incroyable, écoutez les vagues qui se déroulent, sentez le sable sous vos pieds et sentez l'air salé. Vos sens combinés forment une expérience plus complète.

Avec l'astronomie multi-passagers, nous espérons apprendre davantage de l'univers en combinant plusieurs messagers, tout comme nous combinons la vue, l'ouïe, le toucher et l'odorat.

Mais ce n’est pas toujours un pique-nique

Les cultures des astronomes et des physiciens des particules représentent différentes approches de la science. Dans l'astronomie multimessager, ces cultures se rencontrent.

L'astronomie est un champ d'observation et non une expérience. Nous étudions des objets astronomiques qui changent dans le temps (astronomie dans le domaine temporel), ce qui signifie que nous n’avons souvent qu’une chance d’observer un événement astronomique transitoire.

Jusqu'à récemment, la plupart des astronomes du domaine temporel travaillaient en petites équipes, sur plusieurs projets à la fois. Nous utilisons des ressources telles que le télégramme de l’astronome ou le réseau de coordination des rayons gamma pour communiquer rapidement les résultats, même avant de soumettre des articles scientifiques.

Étant donné que la plupart des sources de signaux multimessenger attendues sont des événements astronomiques transitoires, la capture des messagers en plus des photons représente un effort considérable.

Lire la suite: L'observatoire IceCube détecte un neutrino et découvre un blazar comme source

Les physiciens des particules ont ouvert la voie à la création de vastes collaborations internationales pour s'attaquer à leurs problèmes les plus difficiles, notamment le Grand collisionneur de hadrons, l'Observatoire IceCube Neutrino et l'Observatoire gravimétrique d'ondes d'interféromètre laser (LIGO). Pour rassembler des centaines, voire des milliers de chercheurs, dans le but d'atteindre des objectifs communs, il est nécessaire d'identifier de manière exhaustive les rôles, de définir des directives de communication strictes et de nombreuses téléconférences.

La nécessité de réagir aux changements rapides d'une source de multimessagers et les efforts considérables déployés pour capter les signaux de multimessagers imposent à l'astronomie et à la physique des particules de se fusionner pour obtenir le meilleur des deux cultures.

Les avantages de l'astronomie sur plusieurs passagers

Bien que l'astronomie sur plusieurs passagers soit une évolution de ce que les astronomes et les physiciens des particules ont fait pendant des décennies, les résultats combinés sont fascinants.

La détection des ondes gravitationnelles provenant d'étoiles à neutrons en fusion a confirmé que ces collisions constituaient une grande partie de l'or et du platine sur Terre (et dans tout l'univers). Il a également montré comment ces collisions entraînaient (au moins certaines) brèves sursauts gamma - l'origine de ces événements explosifs était une énorme question ouverte en astronomie.

La première association d’un neutrino à une source astronomique unique a permis de mieux comprendre comment l’univers fabrique ses particules les plus énergétiques. L'astronomie sur plusieurs passagers révèle des détails sur certaines des conditions les plus extrêmes de notre univers.

La perspective des multimessagers ne rapporte déjà plus que la somme de ses parties - et nous pouvons nous attendre à des découvertes plus surprenantes à l’avenir. Des équipes d'élite à travers le Canada contribuent déjà à la croissance de ce jeune domaine, et l'astronomie multimessenger promet de jouer un rôle majeur dans notre prochaine décennie de recherche astronomique au Canada - et dans le monde entier.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Gregory Sivakoff et Daryl Haggard. Lisez l'article original ici.