Première détection des ondes gravitationnelles qui parcourent l’Univers

Illustration de la danse des deux trous noirs stellaires dans une lointaine galaxie ; accéléré aux 2/3 de la vitesse de la lumières, les ondes gravitationnelles qu'ils ont généré ont été détectées le 14 septembre 2015
Illustration de la danse des deux trous noirs stellaires dans une lointaine galaxie ; accélérés aux 2/3 de la vitesse de la lumières, les ondes gravitationnelles qu’ils ont généré ont été détectées le 14 septembre 2015

La rumeur qui s’était répandue il y a quelques jours dans le monde entier, au-delà du cercle des physiciens, a donc été confirmée le jeudi 11 février 2016 par l’annonce officielle : des ondes gravitationnelles ont été détectées grâce à la sensibilité des détecteurs de l’observatoire dédié LIGO. C’est 100 ans après leur prédiction dans la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Une confirmation attendue depuis longtemps qui ouvre une nouvelle ère dans la recherche astronomique.

L’un des piliers au centre de la relativité générale – laquelle rappelons-le, rompt avec la conception newtonienne d’un espace rigide où le temps s’écoule uniformément partout et présente l’espace-temps un peu comme une gelée : l’espace se déformant selon les masses de la matière et modifie donc aussi l’écoulement du temps – est la prédiction, par exemple, que lorsque deux astres très compacts comme des trous noirs stellaires dansent ensemble et produisent lors de leurs accélérations et leurs fusions des ondes gravitationnelles qui se propagent dans l’Univers. Cela peut évoquer la surface d’un lac qui se ride lorsqu’un caillou transperce la surface, mais il faut l’imaginer en trois dimensions. Une petite brindille n’aura que très peu d’effet au contraire d’une grosse pierre qui elle, selon sa taille, sa vitesse et sa masse, peut faire onduler toute la surface en tombant.

L’événement à l’origine de cette observation historique réalisée par les deux détecteurs jumeaux de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) situés à Livingston, en Louisiane, et Hanford, dans l’État de Washington, le 14 septembre 2015 à 11h51 TU, est conforme à la prédiction de la théorie. Quelque part dans une galaxie à 1,3 milliard d’années-lumière, deux trous noirs stellaires de 29 et 36 fois la masse du Soleil se sont embrassés dans leur parade nuptiale finale. Leur fusion n’a cependant pas donné 65 masses solaires, mais 62 car l’équivalent de 3 masses solaires s’est dispersé dans le cosmos sous forme d’énergie gravitationnelle, conformément à la fameuse formule E=MC2. L’onde a déferlé jusqu’à nous si bien que les interféromètres ont senti passer le souffle… À ce moment-là, la longueur des bras du détecteur a varié d’un cent-millionième de la taille d’un atome !

« […]les ondes gravitationnelles détectées ont été produites pendant la dernière fraction de seconde précédant la fusion de deux trous noirs en un trou noir unique, plus massif et en rotation sur lui-même. La possibilité d’une telle collision de deux trous noirs avait été prédite, mais ce phénomène n’avait jamais été observé » explique le CNRS dans son communiqué.

Toutefois : « une preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles avait été fournie par l’étude de l’objet PSR 1913+16, découvert en 1974 par Russel Hulse et Joseph Taylor – lauréats du prix Nobel de physique 1993. PSR 1913+16 est un système binaire composé d’un pulsar en orbite autour d’une étoile à neutrons. En étudiant sur trois décennies l’orbite du pulsar, Joseph Taylor et Joel Weisberg ont montré qu’elle diminuait très lentement et que cette évolution correspondait exactement à celle attendue dans le cas où le système perdait de l’énergie sous la forme d’ondes gravitationnelles. La collision entre les deux astres composants le système PSR 1913+16 est attendue dans environ… 300 millions d’années ! Grâce à leur découverte, les collaborations LIGO et Virgo ont pu observer directement le signal émis à la toute fin de l’évolution d’un autre système binaire, formé de deux trous noirs, lorsqu’ils ont fusionné en un trou noir unique. »

La sensibilité des détecteurs devrait encore s’accroître ce qui devrait multiplier les découvertes. D’ailleurs des rumeurs disent que les physiciens associés à ces programmes en ont d’autres dans leurs sacs.

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