Les ondes gravitationnelles prédites par Einstein détectées pour la première fois 100 ans après

Une équipe de scientifiques internationaux vient d’annoncer avoir observé pour la première fois directement, : des ondes gravitationnelles. Ces vibrations de l’espace-temps avaient été prédites par Albert Einstein un siècle plus tôt. La découverte de premier ordre ouvre une nouvelle fenêtre sur l’Univers.

Albert Einstein n’est pas l’un des plus célèbres scientifiques pour rien. En 1915, sa théorie de la relativité générale a bouleversé le monde de la physique. Celle-ci explique que la gravitation structure à grande échelle l’Univers. Mais Einstein est allé plus loin en prédisant l’existence d’ondes gravitationnelles qui se diffuseraient partout à travers l’Univers.

Depuis un siècle, aucune observation directe n’a toutefois pu étayer ce que prédisait le physicien, jusqu’à ce jour. Une équipe internationale de scientifiques vient d’annoncer être parvenue à observer directement les ondes gravitationnelles, ceci grâce à deux collaborations LIGO et Virgo.

Le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) est un observatoire géant installé aux États-Unis et doté de deux interféromètres géants qui ont pour mission de capter le moindre signe d’ondes venues de l’espace depuis Livingston en Louisiane et Hanford, dans l’Etat de Washington. Depuis 2007, le LIGO est épaulé par le Virgo, son équivalent européen créé par le Centre Nationale de recherche scientifique (CNRS) et l’Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Collision trous noirs

Inspiral, merger, ringdown : ce sont les noms anglais des trois étapes qui ont conduit deux trous noirs à se rapprocher en décrivant une spirale suite à des pertes d’énergies sous forme d’ondes gravitationnelles, puis à entrer en collision pour finalement donner un seul trou noir. L’horizon des événements de l’objet compact final a vibré, telle une cloche frappée, en émettant des ondes gravitationnelles. L’événement a duré moins d’une seconde. Les courbes montrent les signaux détectés par les deux interféromètres Ligo, à Handford et à Livingston, aux États-Unis, le 14 septembre 2015. (Source : Ligo, NSF, Aurore Simonnet)

Le LIGO possède aussi un détecteur d’ondes placé près de Pise en Italie. Après presque 10 ans de recherches en étroite collaboration, les scientifiques internationaux, dont une équipe du CNRS, auraient donc enfin détecté l’un des derniers « Graal » de la physique.

La théorie d’Einstein explique que l’espace-temps n’est pas une structure figée mais dynamique. Il peut ainsi être courbé sous l’effet d’objets possédant une masse, comme le Soleil par exemple. Plus l’objet est massif, plus grande est la courbure. Et lorsque l’objet se déplace, la courbure de l’espace-temps s’ajuste à ses mouvements. Ceci crée des perturbations, des vibrations dans l’espace-temps : c’est ce qu’on appelle les ondes gravitationnelles.

Pour mieux comprendre, on peut imaginer le cas d’un caillou lancé dans un étang. Sa chute va provoquer de petites vagues sur tout le lac. Ces vagues sont comme les ondes qui se propagent à travers l’espace. Plus on est loin, plus la vague devient faible. On peut également expliquer les ondes gravitationnelles en imaginant l’espace-temps sous la forme d’un grand tissu, comme le montre un scientifique de l’Agence spatiale européenne (ESA) dans la vidéo ci-dessus.

L’existence des ondes gravitationnelles a déjà été observée de façon indirecte, mais jamais encore de façon directe. Pourtant, une telle observation permet non seulement de confirmer les prédictions d’Einstein mais aussi d’ouvrir une toute nouvelle voie dans l’étude et la compréhension de l’Univers.

Selon les rumeurs, la détection des ondes gravitationnelles aurait été réalisée via l’observation de deux trous noirs. Des informations que les scientifiques du LIGO et du Virgo ont confirmées lors de la conférence de presse. La découverte provient en effet de la double observation « de la valse finale de deux trous noirs qui ont fini par fusionner ».

Selon la théorie de la relativité générale, un couple de trous noirs en orbite l’un autour de l’autre perd de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. En effet, lorsque les deux objets fusionnent, ils vont produire un trou noir plus petit et perdre une partie de leur masse qui va se convertir en ondes gravitationnelles, selon la célèbre formule d’Einstein E=mc2.

Ondes gravitationelles

Les ondes gravitationnelles sont des déformations de l’espace-temps prédites par Einstein.

Aujourd’hui, c’est cette bouffée d’ondes gravitationnelles que les collaborations LIGO et Virgo ont observée. La détection, sous la forme de deux signaux, a eu lieu le 14 septembre 2015. Selon les scientifiques, les trous noirs massifs se sont rapprochés l’un de l’autre il y a 1,3 milliard d’années et présentaient des masses équivalant à 29 et 36 fois celle du Soleil.

Pour les scientifiques, cette découverte sonne le commencement d’une nouvelle ère astronomique : « l’astronomie gravitationnelle ». Tuck Stebbins, chef du laboratoire d’Astrophysique gravitationnelle de la NASA, avait confié à l’AFP juste avant l’annonce : « Si on pouvait détecter ces ondes, il serait alors possible de remonter à la première milliseconde du Big Bang ».

En effet, la détection des ondes ouvre une nouvelle voie inédite pour observer et mieux comprendre l’Univers, alors que l’observation se limite aujourd’hui à la détection de la lumière émise par les différents corps célestes, souligne Tuck Stebbins. Une importance confirmée par le CNRS dans un communiqué.

« Aujourd’hui, par cette première détection directe, les collaborations LIGO et Virgo ouvrent une nouvelle ère pour l’astronomie : les ondes gravitationnelles sont un nouveau messager du cosmos, et le seul qu’émettent certains objets astrophysiques, comme les trous noirs », conclut-il.

Source : Maxisciences

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, les expositions « Initiation à l’astronomie » et « Promenade spatiale au fil des ondes« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

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