Le Quotidien Indépendant Luxembourgeois
Des équipes internationales de chercheurs ont annoncé jeudi la première détection directe d’ondes gravitationnelles, une avancée majeure en physique qui ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers et ses mystères.
« Cette avancée marque la naissance d’un domaine de l’astrophysique entièrement nouveau, comparable au moment où Galilée a pointé pour la première fois son télescope vers le ciel » au XVIIe siècle, a souligné France Cordova, directrice de la Fondation nationale américaine des sciences (National Science Foundation), qui finance le laboratoire Ligo.
Cette découverte, qui couronne plusieurs décennies d’efforts, confirme une prédiction effectuée par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1915.
Ces ondes gravitationnelles ont été détectées aux Etats-Unis le 14 septembre dernier par les deux instruments de l’observatoire Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), qui mesurent chacun quatre kilomètres.
L’équipe de scientifiques du Ligo travaille en étroite collaboration avec leurs collègues du Centre National de la recherche scientifique (CNRS) français, et avec les équipes du détecteur franco-italien Virgo, près de Pise (Italie), qui devrait être opérationnel à la fin de l’année. « Ce nouveau regard sur la voute céleste va permettre d’approfondir notre compréhension du cosmos et conduire à des découvertes inattendues », a encore prédit Mme Cordova.
Les ondes gravitationnelles sont produites par de légères perturbations subies par la trame de l’espace-temps sous l’effet du déplacement d’un objet de grande masse. Elles se propagent à la vitesse de la lumière et rien ne les arrête.
Cette théorie avancée par Einstein pourrait s’apparenter à la déformation d’un filet dans lequel on pose un poids, le filet étant l’espace-temps, ou aux ronds dans l’eau quand on y jette un caillou. Le physicien Benoît Mours, du CNRS, a jugé cette avancée « historique » car elle a permis « de vérifier de façon directe l’une des prédictions de la théorie de la relativité générale ».
Pour cette découverte, les physiciens ont déterminé que les ondes gravitationnelles détectées en septembre sont nées pendant la dernière fraction de seconde avant la fusion de deux trous noirs, des objets célestes encore mystérieux résultant de l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives.
La possibilité d’une collision entre de tels corps avait été prédite par Einstein mais ce phénomène n’avait jamais été observé. Selon la théorie de la relativité générale, un couple de trous noirs en orbite l’un autour de l’autre perd de l’énergie, produisant des ondes gravitationnelles. Ce sont ces ondes qui ont été détectées le 14 septembre 2015 à exactement 16H51 GMT. L’analyse des données a permis de déterminer que ces deux trous noirs ont fusionné il y a 1,3 milliard d’années. Ils étaient 29 et 36 fois plus massifs que notre Soleil.
La comparaison des temps d’arrivée des ondes gravitationnelles dans les deux détecteurs Ligo, distants de 3.000 kilomètres l’un de l’autre (7,1 millisecondes d’écart), et l’étude des caractéristiques des signaux mesurés, ont confirmé la détection. On sait que la source de ces ondes était probablement située dans l’hémisphère sud du ciel mais davantage de détecteurs auraient permis une localisation plus précise.
« Les ondes gravitationnelles peuvent être encore plus révolutionnaires que ne l’a été le télescope, car elles sont différentes des sources lumineuses », juge l’astrophysicien David Shoemaker, responsable du Ligo au Massachusetts Institute of Technology (MIT). « Cette découverte est enthousiasmante pour la physique et très prometteuse pour l’astrophysique et l’astronomie ».
Il sera ainsi possible d’obtenir des signaux provenant de différents corps de grande masse comme, outre les trous noirs, les étoiles à neutrons, a-t-il expliqué.
« Les premières applications que nous voyons maintenant sont pour les trous noirs, parce qu’ils n’émettent pas de lumière et nous n’aurions pas pu les voir sans les ondes gravitationnelles », a-t-il souligné, notant que l’on ignore encore comment ces objets, qui se trouvent au centre de quasiment toutes les galaxies, grossissent.
De ce fait, « les ondes gravitationnelles peuvent aider à expliquer la formation des galaxies », pense David Shoemaker. « L’humanité possède maintenant un autre outil pour explorer l’univers », a acquiescé Tuck Stebbins, chef du laboratoire d’Astrophysique gravitationnelle au centre Goddard de la Nasa. « La gravité est la force qui contrôle l’univers et le fait de pouvoir voir ses radiations nous permet d’observer les phénomènes du cosmos les plus violents et fondamentaux, qui sont quasiment inobservables autrement », a-t-il dit.
Le fait de pouvoir détecter ces ondes qui voyagent sans perturbations pendant des milliards d’années rend possible de remonter à la première milliseconde du Big Bang.
Une preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles avait été produite par la découverte en 1974 d’un pulsar et d’une étoile à neutron tournant l’un autour de l’autre à très grande vitesse, par Russel Hulse et Joseph Taylor. Cela leur avait valu le prix Nobel de physique en 1993.
L’un des deux détecteurs d’ondes gravitationnelles du Ligo se situe à Livingston, en Louisiane (sud), et le second à Hanford, dans l’Etat de Washington (nord-ouest). Le Ligo comme le Virgo ont récemment été dotés d’instruments de mesure plus performants. La découverte sur les ondes gravitationnelles est publiée dans la revue américaine Physical Review Letters.
Le Quotidien / AFP
Trois clés pour comprendre
Un bien bel anniversaire pour les ondes gravitationnelles prédites par Albert Einstein en 1916! Cent ans après, des équipes internationales ont annoncé jeudi avoir une preuve directe de leur existence. Trois clefs pour comprendre.
Qu’est ce qu’une onde gravitationnelle?
Une onde gravitationnelle est une infime ondulation de l’espace-temps qui se propage dans l’Univers à la vitesse de la lumière. Ces ondes ont été conceptualisées en 1916 par Einstein, le célèbre physicien, dans la foulée de sa théorie de la relativité générale écrite en 1915.
Einstein décrit la gravitation comme une déformation de l’espace. Les masses, comme le Soleil par exemple, courbent l’espace. Un peu à la manière de quelqu’un qui se trouverait sur un trampoline.
Si les masses sont petites, la déformation est faible (un petit pois sur un trampoline, cela ne fait rien). Si les masses sont grandes, la déformation est importante (une personne sur un trampoline, cela déforme la toile). Si les masses bougent et connaissent une accélération, ces déformations vont se déplacer et se propager à travers l’espace, formant des ondes gravitationnelles.
On illustre souvent ces oscillations par l’image des rides qui se propagent à la surface d’un étang lorsqu’on vient de jeter une pierre dedans. Plus on est loin, plus la vague devient faible.
Les ondes gravitationnelles que l’on recherche sont celles qui sont produites par des phénomènes astrophysiques violents comme la fusion de deux trous noirs ou encore l’explosion d’étoiles massives. Les autres sont trop infimes pour que l’on puisse espérer les observer. Mais elles nous entourent sans que nous en soyons conscients et sans conséquences pour nous.
Pourquoi est-il important d’être parvenu à détecter de façon directe ces ondes gravitationnelles?
R: Leur détection fournit une validation directe d’une des prédictions d’Einstein. C’est un jour à marquer d’une pierre blanche chez les physiciens. Et ses principaux découvreurs peuvent caresser l’espoir de décrocher un prix Nobel assez rapidement.
Plus concrètement, « cela ouvre la voie à une nouvelle astronomie, ‘l’astronomie gravitationnelle' », déclare à l’AFP Benoît Mours, directeur de recherche CNRS et responsable français de la collaboration Virgo qui a co-annoncé la première détection directe d’une onde gravitationnelle.
A côté des divers moyens électromagnétiques qui permettent d’observer le cosmos actuellement, les astrophysiciens vont disposer d’un nouvel outil pour observer les phénomènes violents dans l’Univers. La détection de ces ondes gravitationnelles va permettre de voir ce qui se passe « à l’intérieur », lors de la fusion de deux trous noirs par exemple, explique-t-il.
Pour chacun de nous, la mise en évidence des ondes gravitationnelles « ne va changer pas notre vie demain matin ». Mais les avancées technologiques réalisées pour mettre au point les détecteurs d’ondes pourraient avoir des retombées in fine sur notre quotidien, souligne M. Mours.
Comment s’est organisée la traque des ondes gravitationnelles?
Albert Einstein était conscient qu’il serait très difficile d’observer des ondes gravitationnelles. Pendant une cinquantaine d’années, il ne s’est pas passé grand chose. Puis, dans les années 1950, un physicien américain Joseph Weber s’est mis en tête de les débusquer en construisant les premiers détecteurs.
Entretemps, des preuves indirectes de l’existence des ondes gravitationnelles ont été mises en évidence. En 1974, l’observation d’un pulsar – une étoile à neutrons qui émet un rayonnement électromagnétique intense dans une direction donnée, comme un phare -, en orbite autour d’un autre astre, a permis de déduire que ces ondes existaient.
Russell Hulse et Joseph Taylor ont reçu le prix Nobel de physique en 1993 pour la découverte de ce pulsar.
Dans les années 1990, les Etats-Unis ont décidé de construire LIGO, un observatoire ambitieux composé de deux instruments géants, qui utilisent comme source lumineuse un laser infrarouge. L’un est en Louisiane, l’autre dans l’Etat de Washington.
La France et l’Italie ont fait de même avec Virgo, bâti près de Pise.
En 2007, LIGO et Virgo ont décidé de travailler main dans la main, en échangeant leurs données en temps réel et en analysant ensemble les résultats. Ces dernières années, les instruments de LIGO ont fait l’objet d’importantes modifications qui ont nécessité leur arrêt.
Le détecteur « avancé » LIGO a recommencé à fonctionner en septembre 2015. Et c’est lui qui a détecté le 14 septembre l’onde gravitationnelle GW150914. Virgo a subi le même type de transformations mais il n’a pas encore redémarré. Il devrait recommencer à fonctionner à l’automne.
