La revue Nature vient d’annoncer, le 11 février, la découverte des ondes gravitationnelles, après presque un siècle de recherches astrophysiques. Un exploit.
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“Messieurs dames, nous l’avons fait.”Les rumeurs qui bruissaient dans la communauté scientifique et depuis peu dans les médias généralistes étaient donc fondées. Jeudi 11 février, la revue Nature, la National Science Foundation, le CNRS et l’American Astronomical Society ont officialisé la détection des ondes gravitationnelles, qui échappaient aux astrophysiciens depuis près d’un siècle.
Une découverte scientifique historique, qui coule encore un peu plus Albert Einstein dans le ciment du génie et garantit aux auteurs de la découverte, l’équipe des universités de Louisiane et de Washington, un coupe-file vers le prix Nobel de physique.
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Dessine-moi une onde gravitationnelle
Bon, c’est bien joli tout ça, mais c’est quoi, une onde gravitationnelle ? Premièrement, les ondes gravitationnelles sont des plis à la surface de l’espace-temps. Elles se produisent lors d’événements cataclysmiques, comme la collision entre deux trous noirs ou la fusion de deux pulsars. En se rapprochant, ils entament alors une danse en orbite l’un autour de l’autre et libèrent progressivement des quantités d’énergies si phénoménales que les vagues émises font vibrer l’espace-temps. Le plus simple est encore d’imaginer une boule de pétanque lâchée à la surface d’un plan d’eau, l’énergie libérée se répandant en ondes à travers le liquide et déformant la matière.
Dans sa brillante théorie de la relativité générale énoncée en 1915, qui permet encore aujourd’hui de prédire le comportement de la majorité des corps célestes de l’univers, Albert Einstein avait déjà prévu l’existence de ces ondes de choc capables de secouer, brièvement, la structure de l’espace-temps. Mais encore restait-il à les détecter pour être certain que notre conception de l’univers reposait sur une théorie solide.
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Premier problème, la théorie prévoit que ces vaguelettes spatiales se déplacent à la vitesse de la lumière. Second problème, ces accidents de la route entre poids lourds cosmiques ont le chic pour se produire (heureusement) très loin de notre voisinage, et les vagues qui pourraient éventuellement nous atteindre déformeraient la Terre à hauteur d’un millième d’atome. À la fois extrêmement rapides et extrêmement faibles, les ondes gravitationnelles ont donc échappé à la détection depuis un siècle.
Comment ont-elles été détectées?
La réponse tient en un acronyme : LIGO, pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Un dispositif appelé interféromètre, réparti sur deux sites situés aux États-Unis, envoie un rayon laser sur un miroir pour le diviser en deux. Chacun des deux faisceaux, envoyé perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, parcourt un “bras” de quatre kilomètres avant d’être renvoyé par un miroir. Le passage d’une onde gravitationnelle fait varier, d’une infime fraction de seconde, le temps que mettra l’un des deux faisceaux lasers à faire un aller-retour.
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Une fois les ondes gravitationnelles détectées, elles sont enregistrées et stockées sous différents formats et peuvent même être entendues. Et le dispositif LIGO n’est pas le seul à chercher sans relâche ces ondulations de l’espace-temps : en Italie, le dispositif franco-italien Virgo s’apprête à faire exactement la même chose, avec plus encore de précision.
Cet “objet” physique inédit, détecté par l’équipe du LIGO provient d’un événement très particulier : le rapprochement, il y a 1,3 milliard d’années près du nuage de Magellan, de deux trous noirs de 29 et 36 fois la masse de notre Soleil et de 150 kilomètres chacun, qui a généré un nouveau trou noir 62 fois plus lourd que notre astre. Libérant l’équivalent de trois masses solaires en ondes gravitationnelles, qui ont ensuite traversé l’espace pendant plus d’un milliard d’années pour venir frapper la surface de la Terre et produire une distorsion d’un millième de proton. Coup de chance, nous avions de quoi les mesurer.
Pourquoi est-ce important?
La détection d’ondes gravitationnelles est essentielle pour plusieurs raisons. Premièrement, leur détection permet de confirmer une fois de plus la validité de la théorie de la relativité générale d’Einstein, véritable pierre de Rosette de l’astrophysique. Durant la conférence de presse, les responsables du LIGO ont par ailleurs insisté sur l’extraordinaire ressemblance entre la théorie d’Einstein et les valeurs observées par le détecteur.
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Avec cette découverte, c’est tout un pan de la physique qui se referme… et un autre, simultanément, qui s’ouvre. Pour Thibault Damour, professeur à l’Institut des hautes études scientifiques (IHES), à Bures-sur-Yvette, en France, interrogé par Le Monde, c’est également “d’une certaine manière, la première preuve directe de l’existence des trous noirs”.
L’existence des ondes gravitationnelles permet aux astrophysiciens de passer un œil dans le judas de nouveaux domaines de la physique, qui permettront d’en savoir encore plus sur les premiers instants de l’univers et d’essayer de comprendre, entre autres, comment la matière se comporte dans des conditions aussi extrêmes que celle du big bang ou de la collision de trous noirs, des phénomènes considérés comme inobservables jusqu’à aujourd’hui. Grâce aux milliers de chercheurs travaillant sur les sites du LIGO, notre connaissance de l’univers vient de s’étoffer prodigieusement.
Article mis à jour le 11 février à 22 heures.