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de Bourgogne

"Cette découverte ouvre une nouvelle astronomie !"

Bras nord de l'interféromètre LIGO de Hanford Bras nord de l'interféromètre LIGO de Hanford | Par Umptanum — CC BY-SA 3.0

Des ondes gravitationnelles ont été détectées pour la première fois. Qu'implique cette découverte pour la communauté scientifique ? Vincent Boudon, directeur de recherche CNRS au labo ICB, nous l'explique. 

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ?

D'abord, il faut savoir qu'il s'agit d'une prédiction faite par Einstein il y a 100 ans. Dans ses théories, la gravitation, soit l'attraction des corps entre eux, peut déformer et faire onduler l'espace-temps. C'est un peu comme les vagues que l'on provoque en jetant un caillou dans l'eau. Dans l'espace, ces vagues sont ce qu'on appelle des ondes gravitationnelles. En l'occurrence, elles ont été émises par la fusion de deux objets très lourds, des trous noirs, entrés en collision.

L'outil utilisé pour cette mesure est un interféromètre appelé LIGO. Il se compose d'un laser séparé en deux à la perpendiculaire. Sous l'action d'une onde, les deux bras vont se déformer différemment. En théorie, l'utilisation du laser permet de distinguer facilement une différence de longueur entre les deux bras pour saisir cette oscillation. En pratique, les bras de LIGO font 4 kilomètres de long et la déformation représente la moitié de la taille d'un proton. C'est un milliard de fois plus petit qu'un atome. Il faut donc absolument éviter toute perturbation extérieure. 

Cet instrument est en place depuis plusieurs années mais la première version ne possédait pas la sensibilité requise. Une version corrigée, LIGO Advanced, a donc été élaborée et remise en service en septembre. Il n'a pas fallu attendre longtemps pour obtenir des résultats.

Comment être sûr qu'une onde gravitationnelle est bien à l'origine de cette déformation ?

Les chercheurs ont pris énormément de précautions. Tout d'abord, il faut savoir que cet instrument existe en deux exemplaires : l'un se trouve à Hanford, dans l'Etat de Washington, et l'autre à Livingston, en Louisiane. Bien qu'ils soient situés à 3000 kilomètres l'un de l'autre, ils ont détecté un signal identique. 

actu-interferometre

De plus, ce résultat a été analysé par de nombreux chercheurs en Allemagne, en Australie et en Italie. Au total, l'article publié compte 3 pages de noms d'auteurs ! 

Les ondes gravitationnelles peuvent-elles être provoquées par des masses plus légères que les trous noirs ? 

Oui. A l'origine, les recherches portaient plutôt sur les pulsars. Tout dépend de la distance : les ondes provoquées par des masses plus légères mais plus proches peuvent être aussi perçues. Il faut quand même noter que ces trous noirs sont entrés en collision à 1.3 milliard d'années-lumière de la Terre ! 

Autre fait impressionnant : en physique, quand deux objets fusionnent totalement, l'objet final est un peu plus léger que la somme des deux objets séparés. La différence est transformée en énergie. Dans le cas de la fusion de ces deux trous noirs, l'énergie produite correspond à trois fois la masse du soleil.

Pourquoi cette découverte est-elle si importante ?

Tout d'abord, cela confirme la prédiction d'Einstein. Même si peu de monde doutait de ses dires, ne jamais observer d'ondes gravitationnelles aurait été étrange. On utilise beaucoup la théorie de la relativité, c'est même elle qui nous permet de faire fonctionner nos GPS. Désormais, l'intégralité de cette théorie est vérifiée.

Ce n'est toutefois pas l'essentiel. Si cette découverte est si importante, c'est parce qu'elle ouvre une nouvelle astronomie. On observait jusqu'à présent le ciel avec la lumière, on pourra désormais l'observer avec les ondes gravitationnelles. Cela nous donne donc accès à de nouveaux phénomènes, inobservables auparavant. Par exemple, nous allons pouvoir progresser sur la physique des trous noirs, qui sont très difficiles à observer, et des étoiles à neutrons. Nous pourrons même, peut-être, capter des ondes qui viennent du tout début de l'univers, à une époque si éloignée qu'aucune lumière ne nous atteint. 

L'article annonçant la découverte, publié dans Physical Review Letters