Les scientifiques ont trouvé le centre du système solaire, et il's pas là où vous le pensez
Lorsque nous pensons à la Terre et à ses planètes voisines orbitant autour de notre étoile hôte commune, nous imaginons le centre du système solaire comme étant en plein milieu du Soleil. Cependant, ce n’est pas tout à fait vrai, selon de nouvelles recherches.
Les planètes et le Soleil orbitent en fait autour d’un centre de masse commun. Et pour la première fois, une équipe d’astronomes a localisé le centre de l’ensemble du système solaire à 100 mètres près, le calcul le plus précis à ce jour.
Leurs résultats sont détaillés dans une étude publiée en avril dans The Astrophysical Journal, et aideront les astronomes dans leur quête de la chasse aux ondes gravitationnelles émises dans l’univers par des objets tels que les trous noirs supermassifs.
L’ensemble du système solaire, y compris le Soleil, a un barycentre, ou un centre de masse commun à tous les objets du système solaire, autour duquel ils orbitent.
Malgré la croyance populaire, le barycentre du système solaire n’est pas le centre du Soleil. C’est parce que les planètes et les autres corps du système solaire exercent une traction gravitationnelle sur l’étoile, ce qui la fait vaciller un peu.
Au contraire, le barycentre du système solaire se trouve un peu à l’extérieur de la surface du Soleil. Cependant, les scientifiques n’ont pas réussi à localiser exactement ce centre.
La raison pour laquelle il est difficile de le faire est en partie due à Jupiter, la plus grande planète du système solaire. En raison de sa grande masse, Jupiter exerce de loin la plus forte attraction gravitationnelle sur le Soleil.
Cependant, l’équipe de scientifiques à l’origine de la nouvelle étude a pu préciser l’emplacement du barycentre à 100 mètres près, une marge très faible compte tenu de la taille colossale du système solaire, et a constaté qu’il se situe juste au-dessus de la surface du Soleil.
Le secret de leurs mesures précises : les pulsars. Les pulsars sont des étoiles à neutrons à rotation rapide, ou les restes super denses d’une étoile qui a explosé en supernova. Ces étoiles émettent un rayonnement électromagnétique sous la forme de faisceaux étroits et brillants qui balaient le cosmos dans un mouvement circulaire alors que l’étoile elle-même tourne, un peu comme un phare.
Si vous observez les étoiles de loin, vous aurez l’impression qu’elles pulsent en flashs lumineux réguliers, d’où leur nom.
« En utilisant les pulsars que nous observons à travers la galaxie de la Voie lactée, nous essayons d’être comme une araignée assise dans le calme au milieu de sa toile », a déclaré dans un communiqué Stephen Taylor, physicien et astronome à l’Université Vanderbilt, et auteur principal de l’étude. « La façon dont nous comprenons le barycentre du système solaire est essentielle alors que nous tentons de détecter le moindre picotement de la toile. »
Depuis la Terre, les faisceaux émis par les pulsars sont détectés comme des signaux d’impulsion qui apparaissent régulièrement. Grâce à ces signaux, l’équipe d’astronomes a pu mesurer plus précisément la distance entre la Terre et les autres objets du système solaire, y compris le barycentre.
Maintenant que les astronomes ont une mesure plus précise de l’endroit où se trouve le barycentre du système solaire, ils peuvent à leur tour faire des détections beaucoup plus précises des ondes gravitationnelles de basse fréquence.
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l’espace et le temps provoquées par des objets de masses accélérées tels que les trous noirs supermassifs, qui émettent ces ondes vers l’extérieur à la vitesse de la lumière.
« Notre observation précise des pulsars dispersés dans la galaxie nous a permis de nous localiser dans le cosmos mieux que nous n’avons jamais pu le faire auparavant », a déclaré Taylor. « En trouvant des ondes gravitationnelles de cette façon, en plus d’autres expériences, nous obtenons un aperçu plus holistique de tous les différents types de trous noirs dans l’Univers. »
Résumé : La régularité des émissions des pulsars devient apparente une fois que nous référençons les temps d’arrivée des impulsions au cadre de repos inertiel du système solaire. Il s’ensuit que les erreurs dans la détermination de la position de la Terre par rapport au barycentre du système solaire peuvent apparaître comme un biais corrélé au temps dans les séries temporelles résiduelles du chronométrage des pulsars, ce qui affecte les recherches d’ondes gravitationnelles de basse fréquence effectuées avec les réseaux de chronométrage des pulsars. En effet, de récents ensembles de données de réseaux donnent des limites supérieures du bruit de fond des ondes gravitationnelles et des statistiques de détection différentes lorsqu’ils sont analysés avec différentes éphémérides du système solaire. De plus, les éphémérides ne fournissent généralement pas de représentations d’erreur utilisables. Dans cet article, nous décrivons la motivation, la construction et l’application d’un modèle physique des incertitudes des éphémérides du système solaire, qui se concentre sur les degrés de liberté (éléments orbitaux de Jupiter) les plus pertinents pour les recherches d’ondes gravitationnelles avec des réseaux de chronométrage de pulsars. Ce modèle, BayesEphem, a été utilisé pour dériver des résultats conformes aux éphémérides dans la recherche stochastique de 11 ans de NANOGrav, et il fournit une base pour les recherches futures de NANOGrav et d’autres consortiums. L’analyse et les simulations rapportées ici suggèrent que la modélisation des éphémérides réduit la sensibilité aux ondes gravitationnelles de l’ensemble de données de 11 ans et que cette dégénérescence disparaîtra avec des éphémérides améliorées et avec des ensembles de données de chronométrage des pulsars qui s’étendent bien au-delà d’une seule période orbitale jovienne.