Fenêtre sur l'univers

2016-03-10

Fenêtre sur l'univers

par Rachel Richez | VOL.8 MARS 2016 CHINAFRIQUE

Mots-clés: ondes gravitationnelles ;nouvelle ère

Le 11 février 2016, la revue Nature annonçait la découverte d’ondes gravitationnelles par les scientifiques de l’Advanced LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Les ondes gravitationnelles ont été théorisées par Albert Einstein il y a cent ans dans sa fameuse théorie de la relativité générale, mais elles n’avaient jamais été directement observées. Cette découverte confirme à nouveau la théorie d’Einstein et ouvre une nouvelle ère pour l’astronomie.

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ?

Pour comprendre les ondes gravitationnelles, imaginez que l’espace-temps est un tissu élastique. Si l’on pose de lourds objets sur ce tissu, il sera déformé. Dans cette image, le Soleil peut être représenté par une boule de pétanque tirant le tissu, et tous les autres objets sur l’espace-temps, vers le bas. Les ondes gravitationnelles sont des oscillations sur ce tissu élastique causées par divers objets, elles sont souvent dépeintes comme les ronds provoqués par un caillou dans une marre d’eau.

Il est très difficile de détecter ces ondulations. Cette complexité explique que les ondes gravitationnelles soient l’ultime prédiction d’Einstein à être prouvée. Celles-ci interagissent très peu avec la matière, un instrument extrêmement sensible est donc nécessaire pour les détecter. Par ailleurs, seul un événement cataclysmique peut dégager l’énergie suffisante pour produire une onde détectable par l’homme, comme la collision de deux trous noirs ou d’étoiles binaires, et ceux-ci sont très rares. Justin Greenhalgh, un des chercheurs du projet Advanced LIGO, confirme l’importance de la puissance du phénomène : « Bien que des ondes soient constamment produites, la plupart ne sont pas assez fortes pour être mesurées. »

La collision de deux trous noirs

De 2002 à 2010, LIGO a été incapable de détecter une onde gravitationnelle. L’observatoire a alors été fermé, avant de rouvrir en 2015 sous le nom d’Advanced LIGO avec une technologie beaucoup plus évoluée, capable de détecter les minuscules vibrations des ondes passant par la Terre. Plus de 1 000 chercheurs impliqués dans le projet attendaient impatiemment de voir à l’œuvre les deux détecteurs d’ondes gravitationnelles construits en Louisiane et dans l’Etat de Washington, aux

États-Unis. Finalement, le 14 septembre 2015, les deux lasers ont détecté le passage d’une onde (confirmant mutuellement leurs résultats).

L’événement devait être extraordinaire pour être détecté et il l’a été : la collision et la fusion de deux trous noirs. Chaque trou noir ayant près de 30 fois la masse du Soleil, la fusion dégagea assez d’énergie pour produire la première onde gravitationnelle détectable par l’homme, 1,3 milliard d’années plus tard. Peu perturbées par la matière, les ondes se propagent dans l’univers pendant des milliards d’années. Lorsqu’une onde passe finalement par la Terre, les scientifiques n’ont qu’à interpréter ses caractéristiques pour savoir quel type de phénomène gravitationnel l’a produite.

Une nouvelle ère pour l’astronomie

L’étude des ondes gravitationnelles nous ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers. Comme les ondes radio, les ondes gravitationnelles révèlent de l’information, offrant aux chercheurs les clés des plus grands mystères du cosmos. Si l’onde primordiale est un jour observée, nous pourront mieux comprendre le Big Bang originel. Cette découverte est une révolution dans notre étude de l’univers, ouvrant l’ère de l’astronomie des ondes gravitationnelles. Pour certains observateurs, il s’agit de la plus grande découverte du siècle, méritant même le prix Nobel. Cette recherche avait déjà fait l’objet d’un prix Nobel de physique en 1993, pour la découverte indirecte des ondes gravitationnelles.

Tout autour du globe, les chercheurs ont accueilli avec enthousiasme cette découverte qui annonce un nouveau chapitre pour l’astronomie et la physique. Grâce au Square Kilometre Array, un projet en cours de construction en Afrique et en Australie, l’Afrique fera partie de cette nouvelle ère. La Chine aussi espère participer à cette aventure. Le 16 février, a été annoncée la création d’un nouveau programme de recherche sur les ondes gravitationnelles : Taiji, ou « suprême par excellence ». Pour étudier les ondes depuis l’espace, trois satellites vont être mis en orbite aux environs de 2030. Tianqin, un autre programme de recherche sur les ondes gravitationnelles (inauguré en juillet 2015), lancera également trois satellites, dans les 20 prochaines années.

Les scientifiques du LIGO récoltent des données concernant les ondes gravitationnelles

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