Les ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles
Les phénomènes ondulatoires en physique
- Les phénomènes ondulatoires en physique
- Test de compréhension
Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ?
- Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ? (5'07)
- Test de compréhension
Les sources d'ondes gravitationnelles
- Les sources d'ondes gravitationnelles
- Test de compréhension
- Fréquence et spectre des ondes gravitationnelles (9'05)
- Test de compréhension
Détecter les ondes gravitationnelles
- Détecter les ondes gravitationnelles (13'25)
- Test de compréhension
Anatomie d'une onde gravitationnelle
- Première détection
- Test de compréhension
- Phase de spiralement (11'50)
- Test de compréhension
- Fusion et Désexcitation (7'39)
- Test de compréhension
Conclusion
- Conclusion
Evaluation
- Evaluation
Entretien avec Eric Chassande-Mottin
- Entretien avec Eric Chassande-Mottin

Les ondes gravitationnelles

Ce chapitre présente la découverte des ondes gravitationnelles, qui a eu lieu le 14 septembre 2015. Il est structuré en vidéos et exercices issus du MOOC "Peser l'Univers" proposé par l'Observatoire de Paris sur la plate-forme FUN.

Les phénomènes ondulatoires en physique

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Qu'est-ce que la période d'une onde monochromatique ? (plusieurs réponses possibles)
La distance spatiale entre deux maxima ou deux minima de l'amplitude.
L'intervalle de temps entre deux maxima ou deux minima de l'amplitude.
L'inverse du nombre d'oscillations par unité de temps.

2) Si une onde de période T se propage à la vitesse v, alors sa longueur d'onde λ est donnée par la formule :
lambda=T/v

3) Le phénomène d'interférence résulte de :
la multiplication d'ondes de fréquences différentes
la différence de vitesse de deux ondes de même fréquence
la superposition d'ondes de même fréquence

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ?

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ? (5'07)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Les ondes gravitationnelles : (plusieurs réponses possibles)
se propagent dans l'espace-temps.
sont de petites oscillations dans la courbure de l'espace-temps.
se propagent à la même vitesse que les ondes sonores.
sont générées par l'accélération de grandes concentrations de masse.

2) Une supernova a lieu dans notre galaxie. Elle émet des ondes électromagnétiques et des ondes gravitationnelles. Laquelle de ces assertions est correcte ?
Les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques arrivent simultanément sur Terre.
Les ondes gravitationnelles arrivent avant les ondes électromagnétiques.
Les ondes électromagnétiques arrivent avant les ondes gravitationnelles.

Les sources d'ondes gravitationnelles

Les sources d'ondes gravitationnelles (7'49)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Les sources d'ondes gravitationnelles les plus prometteuses sont : (plusieurs réponses possibles)
dilluées
massives
compactes
sphériques
relativistes

2) Parmi ces sources d'ondes gravitationnelles, lesquelles sont des systèmes binaires d'astres compacts ? (plusieurs réponses possibles)
Le spiralement de deux étoiles à neutrons
Deux étoiles de type solaire en orbite proche
L'explosion d'une étoile massive en fin de vie (supernova)
La coalescence de deux trous noirs supermassifs

Fréquence et spectre des ondes gravitationnelles (9'05)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) La fréquence caractéristique des ondes gravitationnelles émises par une source compacte et relativiste est :
indépendante de la masse de la source
proportionnelle à la masse de la source
inversement proportionnelle à la masse de la source

Détecter les ondes gravitationnelles

Détecter les ondes gravitationnelles (13'25)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Une seule de ces propositions est incorrecte. Laquelle ?
Une onde gravitationnelle induit une variation relative de longueur proportionnelle à l'amplitude de l'onde.
Une onde gravitationnelle modifie la distance entre les objets.
Une onde gravitationnelle déforme uniquement les objets de grande taille, comme par exemple la Terre.

2) Les détecteurs interférométriques d'ondes gravitationnelles permettent des mesures de distance très précises parce que (plusieurs réponses possibles)
la distance de référence est la longueur d'onde de la lumière laser, qui est très petite.
la lumière permet de bien éclairer les miroirs dont on souhaite mesurer les variations de position.
les détecteurs sont de très grande taille.

Anatomie d'une onde gravitationnelle

Première détection

Première détection (7'26)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Pourquoi les physiciens de la collaboration LIGO/Virgo sont-ils si confiants qu'une onde gravitationnelle d'origine cosmique a bien été détectée ? (plusieurs réponses possibles)
Parce que le même signal a été observé dans deux détecteurs indépendants
Parce que le signal est si fort qu'aucun doute n'est permis.
Parce que la forme du signal correspond parfaitement à ce qui est attendu lors de la fusion de deux trous noirs.

Phase de spiralement (11'50)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) Une seule de ces propositions est incorrecte. Laquelle ?
Le système binaire de trous noirs perd de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles
Les deux trous noirs se rapprochent et tournent de plus en plus vite l'un autour de l'autre.
La fréquence des ondes gravitationnelles diminue au cours du temps

Fusion et Désexcitation (7'39)

vidéo MPEG4

Test de compréhension

QCM

1) La somme des masses des deux trous noirs initiaux vaut approximativement 65 masses solaires. Celle du trou noir final vaut approximativement 62 masses solaires. Comment explique-t-on cette différence de 3 masses solaires ?
Parce que l'énergie n'est pas conservée.
Parce que le trou noir final s'est partiellement évaporé à cause du rayonnement Hawking.
Parce que l'équivalent de trois masses solaires a été rayonné sous forme d'ondes gravitationnelles.

Conclusion

vidéo MPEG4

Evaluation

Exercice

Question 1)

La luminosité gravitationnelle d'une source, c'est-à-dire la quantité d'énergie émise par unité de temps sous forme d'ondes gravitationnelles, est en première approximation donnée par la formule

L=(c^5/5*G)*(v/c)^6*(G*M/c^2*R)^2

où est la masse de la source, sa taille caractéristique et la vitesse interne typique.

Quelle est la luminosité gravitationnelle maximale d'une source compacte et relativiste (exprimée en Watts) ?

On rappelle la valeur de la constante universelle de gravitation, G=6.67*10^(-11)*m^3*kg^(-1)*s^(-2) et on prendra pour la vitesse de la lumière c=300000*km*s^(-1) . (Conseil : Attention aux unités !)

Entretien avec Eric Chassande-Mottin

Vous trouverez ci-dessous un entretien avec Éric Chassande-Mottin mené par Alexandre Le Tiec. Éric Chassande-Mottin est chercheur au sein de l'équipe Gravitation du laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) de l'Université Denis Diderot, spécialiste de l'analyse des données du détecteur Virgo.

Entretien avec Eric Chassande-Mottin

Vidéo de l'entretien avec Éric Chassande-Mottin mené par Alexandre Le Tiec

Réponses aux QCM

pages_pus7-chap13-2/test-phen-ondul.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 2)
Solution : réponse 3)
Question 2
Solution : réponse 3)
Question 3
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-3/test-onde-gravitationnelle.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 2)
Solution : réponse 4)
Question 2
Solution : réponse 1)

pages_pus7-chap13-4/test-sources-ondes.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 2)
Solution : réponse 3)
Solution : réponse 5)
Question 2
Solution : réponse 1)
Solution : réponse 4)

pages_pus7-chap13-4/test-frequence-spectre.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-5/test-detecter-ondes.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 3)
Question 2
Solution : réponse 1)
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-6/test-premiere-detection.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 1)
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-6/test-phase-spiralement.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-6/test-fusion-desexcitation.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 3)

pages_pus7-chap13-eval/eval.html

QCM

Question 1
Solution : réponse 3)
Question 2
Solution : réponse 3)
Question 3
Solution : réponse 3)
Question 4
Solution : réponse 2)