Les ondes gravitationnelles en 4 questions

Simulation de la fusion de trous noirs © LIGO

Albert Einstein les avait imaginées il y a tout juste un siècle, des scientifiques les ont aujourd’hui découvertes : les ondes gravitationnelles existent ! Mais qu’est-ce que c’est que cette histoire d’ondes gravitationnelles et pourquoi est-ce que cette découverte est aussi importante ? Astronova vous propose quelques pistes pour vous aider à mieux comprendre le phénomène.

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle et comment se crée-t-elle ?

Avant tout chose, revenons sur la notion même de gravité car c’est là que tout commence. Chaque corps a une masse qui lui est propre : une étoile, une planète, vous, moi etc. Plus un corps est massif, plus sa force d’attraction (ou force gravitationnelle) est forte. Imaginez maintenant l’espace-temps comme une immense toile sur laquelle sont posées les étoiles, les planètes et tous les autres objets du cosmos. Selon la gravité (ou la force d’attraction) du corps en question, cette toile est plus ou moins déformée. Comme le montre l’illustration ci-dessous, une étoile très massive déformera plus l’espace-temps qu’un petit astéroïde.

La gravité, cette force qui quadrille l'univers ©ESA/Pathfinder

En 1916, Einstein prédit que certains évènements cosmiques très très puissants pouvaient déformer l’espace-temps. C’est un peu comme si vous lanciez un caillou dans une mare. Avant la chute du caillou, la surface de la marre est plate. Au moment de l’impact, le caillou crée un trou dans l’eau et la force générée par le choc se répercute vers l’extérieur sous la forme d’une vague circulaire. C’est exactement la même chose dans l’univers : un évènement très violent telle qu’une fusion de deux trous noirs ou l’explosion d’une supernova (étoile en fin de vie), peut créer des courbures de l’espace-temps, que l’on appelle des ondes gravitationnelles.

Au moment de l’explosion, l’énergie dégagée crée une onde qui file dans le noir de l’espace, à l’infini. En cours de route, elle ne perd qu’une infime partie de son énergie car elle n’interagit que très peu avec la matière.

Les ondes gravitationnelles sont-elles dangereuses pour l’Homme ?

Au moment du passage de l’onde gravitationnelle au niveau de la Terre, l’espace-temps se dilate avant de se contracter pour retrouver sa forme initiale. L’opération est extrêmement courte : elle ne dure pas plus de quelques millisecondes. En clair, le passage de l’onde a pour effet de modifier les distances sur les objets qu’elle traverse, mais nous ne pouvons pas le remarquer à l’œil nu car le changement est trop faible.

« L’énergie transportée par les ondes gravitationnelles détectées est colossale : 10 puissance 48 watts ! Cela représente plus d’énergie que la lumière émise par la totalité des étoiles de l’univers. » explique Pierre Binétruy, Directeur du Laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC). Mais rassurez-vous, ces ondes sont totalement inoffensives pour nous, aucun risque donc qu’elles ne vous grillent.

Comment les a-t-on découvertes ?

La traque des ondes gravitationnelles a duré plus de 50 ans. Pour traquer ce gibier un peu particulier, les chercheurs américains ont mis au point un programme baptisé LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ou Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser) dont les observatoires sont basés à Hanford et à Livingston. En Europe, le CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) et son homologue italien l’lNFN (Istitot Nazionale di Fisica Nucleare), ont créé un deuxième programme similaire baptisé VIRGO. Situé à Pise en Italie, cet observatoire est actuellement en maintenance jusqu’au mois de Septembre. Les deux programmes sont liés par un accord d’échange d’informations.

Chacun des observatoires LIGO est composé de deux grands bras de plusieurs kilomètres de long placés en angle droit. Le fonctionnement de l’interféromètre est le suivant : un émetteur envoie un faisceau laser sur un miroir qui le répercute dans chacun des deux bras. Les ingénieurs calculent ensuite le temps que mettent les deux faisceaux à parcourir le bras jusqu’au bout et à revenir. Les chercheurs du programme LIGO ont justement relevé un retard cyclique de 7ms, preuve du passage d’une onde gravitationnelle. Cette onde proviendrait de la fusion de deux trous noirs qui aurait eu lieu entre 800 millions d’années et 1.3 milliards d’années.

Vue aérienne de l'observatoire LIGO de Hanford © LSC

Vue aérienne de l’observatoire LIGO de Hanford © LSC

Que va changer cette découverte ?

Certains comparent la découverte des ondes gravitationnelles à la découverte de l’imprimerie, de l’électricité, de l’Amérique etc. Mais cette découverte, c’est avant tout une prouesse technologique. Au-delà des ondes gravitationnelles, elle a également prouvé l’existence des trous noirs et de la possibilité qu’ils puissent s’entrechoquer.

La découverte des ondes gravitationnelle offre surtout une toute nouvelle palette d’outils aux astronomes. Nous connaissions déjà la lumière visible, les rayons X, les ondes radio ou encore les rayons gamma. Nous avons aujourd’hui un outil qui nous permet de mieux comprendre la gravitation. Cela nous permettra d’aller fouiller le fond de l’univers et d’en apprendre certainement un peu plus sur l’un des plus grands mystères de notre temps : le Big Bang.

 

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