La découverte révolutionnaire des ondes gravitationnelles

Publié par Debarati Chatterjee, le 30 mars 2019   2.3k


Envie de savoir pourquoi la détection des ondes gravitationnelles a suscité tant d'enthousiasme dans la communauté scientifique? Continuez à lire la suite pour en savoir plus..

Fig:  Simulation de fusion de trous noirs (SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes project)

Quand Einstein a proposé la théorie générale de la relativité, la notion de gravité était complètement bouleversée. Au XVIIe siècle, Newton avait décrit la gravité par une simple force agissant entre deux corps. Mais cette description de Newton n'était plus valable quand on a commencé à repousser les limites de la vitesse. Quand on approche la vitesse de la lumière, ce qui est la plus rapide de l'univers, on dépasse les limites de la description newtonienne de la gravité.

Selon la théorie de la relativité générale proposé par Einstein, l'univers peut être décrit en termes de maillage d'espace et de temps. La présence d'un corps massif déforme ce réseau spatio-temporel et se manifeste par la gravité.

Fig: La courbure d'espace-temps (ESA–C.Carreau)

Cette description de la gravité prédit que les perturbations dans la grille espace-temps entraîneraient l'émission d'ondes gravitationnelles. Selon la relativité générale, les perturbations dans la trame de l'espace-temps se propagent sous la forme d'ondes, appelées ondes gravitationnelles. De telles perturbations pourraient être produites par des corps très massifs. Les systèmes binaires d’étoiles à neutrons ou de trous noirs en orbite sont l’une des sources les plus prometteuses. Les perturbations à l'intérieurs des étoiles à neutrons isolées pourraient aussi générer des ondes gravitationnelles, analogues aux séismes terrestres. Les étoiles à neutrons fortement magnétisées et déformés, appelés "magnétars", pourrait aussi être une source des ondes gravitationnelles.

Fig: Site de l'interféromètre Virgo (EGO/Virgo)

Afin de détecter ces ondes gravitationnelles, un réseaux des interféromètres ont été construits dans le monde entier. La détection des ondes gravitationnelles est un énorme défi technologique, car l'amplitude des vibrations à détecter sont de l'ordre d'une partie d'un un milliard de millions de millions en amplitude. Grâce aux progrès de la technologie, cette tâche ambitieuse a pu être réalisée.

Fig: Vue aérienne de l'interféromètre LIGO Hanford  (LIGO)

Le 14 septembre 2015, la découverte révolutionnaire des premières ondes gravitationnelles, a été annoncé par la collaboration Advanced LIGO, situées à Livingston, en Louisiane, et à Hanford, à Washington, aux États-Unis. Les ondes gravitationnelles détectées ont été produites lors de la fusion de deux trous noirs dans un binaire. Lorsque les trous noirs gravitent autour l'un de l'autre, ils perdent de l'énergie en émettant des ondes gravitationnelles et se rapprochent de plus en plus jusqu'à ce qu'ils fusionnent pour former un trou noir supermassif.

Fig: réseau mondial d'observatoires d'ondes gravitationnelles (LIGO)

Cette découverte a ouverte une nouvelle fenêtre sur l'univers, le monde de la gravité invisible. Les objets fortement gravitationnels qui déforment l'espace-temps peuvent maintenant être sondés à l'aide d'ondes gravitationnelles, qui seraient autrement invisibles dans d'autres fréquences. Ce qui est encore plus merveilleuse, ces ondes gravitationnelles détectées contiennent les empreintes des sources. Comme les empreintes digitales, elles fournissent des indices qui nous conduisent aux conditions des objets qui les ont produites. Ils aideront les scientifiques à déduire les masses et les spins de trous noirs, ainsi qu'à sonder l'intérieur des étoiles à neutrons, en complément des observations astrophysiques dans d'autres fréquences. En effet, la découverte des ondes gravitationnelles est donc un jalon important dans l'histoire de la science et de l'humanité.

Fig: Vue d'artiste du satellite LISA ( AEI/MM/exozet/NASA/Henze)

Debarati Chatterjee