Ondes gravitationnelles : Un petit rappel avant l'annonce du LIGO

Plusieurs médias vont diffuser l’annonce du LIGO en Live. On a ainsi Ars Technica qui a une page dédiée. Evidemment, la revue Nature sera aussi de la partie, mais ce sera sous forme d’articles qui viendront au fur et à mesure.

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ?

Les ondes gravitationnelles ou vagues gravitationnelles sont des ondes sur la structure de l’espace-temps. Albert Einstein avait comparé la forme de l’univers comme une seule structure composée d’espace et du temps. Selon sa théorie de la relativité générale, la force de la gravité est le résultat de la courbure dans l’espace. Et on a des ondes gravitationnelles qui sont produites lorsque des objets massifs entrent en collision. L’espace-temps est très difficile à déformer et il faut un phénomène tel qu’une collision de trous noirs pour provoquer une onde gravitationnelle. Et la dimension d’une onde gravitationnelle est d’environ 1 milliardième du diamètre d’un atome alors que la collision de 2 trous noirs est un phénomène cataclysmique. Cela montre toute la difficulté de détecter ces ondes.

Comment le LIGO a-t-il pu découvrir ces ondes gravitationnelles ?

En premier lieu, nous vous recommandons de lire notre article sur le LIGO lorsque le projet a démarré l’année dernière. Le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est composé d’une paire de détecteurs qui sont séparés par 3 000 kilomètres, le premier est situé à Livingston en Louisiane et le second est à Hanford à Washington. Ces détecteurs utilisent des lasers qui détectent des variations dans l’espace-temps qui pourraient être provoquées par les ondes gravitationnelles. L’annonce du LIGO pourrait concerner la détection de 3 ondes gravitationnelles.

Pourquoi les ondes gravitationnelles sont-elles importantes ?

La théorie de la relativité générale a révolutionné notre compréhension de la gravité et elle est l’un des piliers de la physique moderne. Mais elle ne peut pas décrire totalement l’univers, car elle est en désaccord avec une autre théorie majeure qui est la mécanique quantique. En étudiant les ondes gravitationnelles, on va confirmer la dernière prédiction d’Einstein et les physiciens trouveront peut-être un moyen de l’étendre.

Et à part confirmer la prédiction d’Einstein ?

Mais est-ce qu’on n’en fait pas un peu trop pour confirmer les ondes gravitationnelles ? Après tout, Einstein ne s’était jamais trompé et c’est juste une confirmation de plus. On peut dire qu’on n’en fera jamais assez pour Einstein, mais surtout, la détection des ondes gravitationnelles ouvre une nouvelle voie dans l’astronomie. De la même manière que nous utilisons des longueurs d’onde électromagnétique telles que la lumière visible, les rayons X et les infrarouges pour étudier le cosmos, les ondes gravitationnelles vont nous permettre d’avoir un regard totalement neuf pour voir l’univers. Cela nous permettra d’étudier plus profondément des objets tels que les trous noirs et les étoiles à neutron.

Est-ce que personne n’a réussi à trouver des ondes gravitationnelles auparavant ?

En 1974, les astronomes Russell Hulse et Joseph Tayloor ont détecté un Pulsar binaire. C’est une paire de 2 étoiles mortes qui émettaient des impulsions d’ondes radio. Hulse et Taylor ont réalisé que les 2 pulsars perdaient leurs énergies et qu’ils tournaient lentement en spirale l’un envers l’autre dans une manière qui était consistante avec les équations de la relativité générale. On pense que cette énergie manquante a été émise sous forme d’ondes gravitationnelles. Ces travaux leur ont valu le prix Nobel de physique en 1993.

Est-ce qu’on n’a pas annoncé la découverte d’ondes gravitationnelles en 2014 ?

Si, mais les chercheurs se sont rétractés. En 2014, des scientifiques du télescope BICEP2 ont annoncé qu’ils avaient découvert des ondes gravitationnelles primordiales. Ces derniers ne sont pas crées à partir de trous noirs, mais du Big Bang en personne. Mais il s’est avéré que les chercheurs n’avaient pas pris en compte la poussière galactique. Mais le LIGO semble être sûr de sa découverte.

Le potentiel des ondes gravitationnelles sur les autres questions importantes de l’univers

Les ondes gravitationnelles ont le potentiel de fournir des indices sur de nombreuses choses. Par exemple, ces ondes seront une preuve beaucoup plus limpide de l’existence des trous noirs. Ce sera quasiment une observation directe alors que pour le moment, on se contente de les détecter via leurs effets gravitationnels.

L’autre question concerne la vitesse de déplacement des ondes gravitationnelles. La découverte du LIGO n’est que le début, car il faudra d’autres confirmations. Quand les autres chercheurs vont aussi détecter des ondes gravitationnelles, il faudra mesurer la vitesse de déplacement de chaque onde. Cela permettra de déterminer si une onde gravitationnelle se déplace à la vitesse de la lumière. Une hypothèse de la physique estime que la gravité se transmet par des gravitons qui sont des homologues du photon pour la gravité. Si les ondes gravitationnelles du LIGO et des autres chercheurs dans le futur sont différentes concernant leur détection sur Terre, alors cela signifiera que les gravitons ont une légère masse et donc, elles ne se déplacent pas exactement à la vitesse de la lumière.

Les ondes gravitationnelles nous permettraient aussi de découvrir les cordes cosmiques. C’est encore une hypothèse de la physique sur des défauts de la courbure de l’espace-temps. Ces cordes ne sont pas forcément liées à la théorie des cordes et elles sont infinitésimales, mais elles pourraient s’étirer sur de très grandes distances. Si ces cordes cosmiques s’entortillent ou se cassent, alors elles pourraient émettre des sursauts d’ondes gravitationnelles que le LIGO ou le VIRGO, un autre détecteur, pourraient mesurer.

On peut dire que l’annonce du LIGO est juste le début d’une nouvelle ère d’observations et de confirmations sur des théories qui intriguent les scientifiques depuis des décennies.

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