Immense découverte en physique : on a observé les premières secousses du Big Bang

En observant pour la première fois des ondes gravitationnelles, les astrophysiciens de Harvard ont fait une découverte majeure qui va permettre de jeter un coup d’oeil sur les premiers instants de l’univers, et peut-être même révolutionner la physique moderne. De la graine de prix Nobel…

Des événements cataclysmiques, comme ici la fusion de deux étoiles, donnerait naissance à des ondes gravitationnelles, sortes de vagues dans l'espace-temps (Nasa http://www.nasa.gov/topics/technology/features/atom-optics.html) (Nasa http://www.nasa.gov/topics/technology/features/atom-optics.html) Des événements cataclysmiques, comme ici la fusion de deux étoiles, donnerait naissance à des ondes gravitationnelles, sortes de vagues dans l’espace-temps (Nasa http://www.nasa.gov/topics/technology/features/atom-optics.html) (Nasa http://www.nasa.gov/topics/technology/features/atom-optics.html)

Einstein avait raison, une fois encore. La dernière de ses théories non encore confirmée par une observation directe, l’existence des ondes gravitationnelles, vient donc d’être validée par les faits. Les physiciens sautent de joie. C’est un peu comme si on avait ouvert un trou de serrure qui permettrait de jeter un coup d’oeil indiscret sur les tout premiers instants de la naissance de l’univers.

La découverte présentée cet après-midi au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics est le résultat de trois années d’observation dans l’Antarctique, qui ont donc permis d’observer ce que les astrophysiciens ont appelé « les premiers tremblements du Big Bang ».

Les ondes gravitationnelles : pourquoi est-ce si important ?

Les chercheurs qui avaient trouvé une preuve indirecte de leur existence ont obtenu le prix Nobel de physique en 1993. La découverte annoncée aujourd’hui est donc, potentiellement, de la « graine de Nobel ».

Certains n’hésitent pas à affirmer qu’il ne peut aujourd’hui y avoir de plus grande découverte, excepté peut-être si l’on découvrait la preuve de l’existence de vie extraterrestre ou si l’on observait directement de la matière noire.

Les ondes gravitationnelles, c’est quoi ?

Ce sont des ondes très courtes qui sont produites par la masse d’un objet. Techniquement, un objet très massif va courber l’espace-temps, un peu comme si vous laissiez tomber un chou dans un torchon maintenu sur ses bords. Les forces de déformation et de tension de l’espace-temps génèrent des ondes qui se déplacent à la vitesse de la lumière : les ondes gravitationnelles.

Pour prendre un autre élément de comparaison, les ondes électromagnétiques qui sont si importantes dans notre vie quotidienne, sont issues des particules chargées. De manière similaire, les ondes gravitationnelles sont le résultat de l’existence de corps possédant une masse.

Pourquoi on ne les a pas vues plus tôt ?

Parce que les ondes gravitationnelles sont toutes petites (dans la gamme des micro-ondes) et qu’elles passent à travers pratiquement tout. Difficile alors de trouver des traces de leur passage, mais le détecteur basé dans l’Antarctique y est parvenu.

Les micro-ondes du fond diffus cosmologique, rayonnement « fossile » de l’univers, se comportent comme la lumière, et peuvent donc être polarisées (tout comme la lumière visible au travers de lunettes de soleil). Les astrophysiciens ont recherché une certaine forme de polarisation, qu’ils nomment « B-Modes », qui sont la conséquence directe de l’existence des ondes gravitationnelles, et forment une signature unique qui a permis de les identifier.

Qu’est-ce que les ondes gravitationnelles peuvent révéler ?

  • Des éléments sur les premiers instants de l’univers. Parmi les propriétés des ondes gravitationnelles, il y a le fait qu’elles passent à travers tous les objets sans être influencées par eux. On peut donc dire qu’elles sont inchangées depuis le moment où elles sont émises. Donc si l’on arrivait à détecter les ondes gravitationnelles émises à la naissance de l’univers, on aurait une vue directe sur cette période.
  • La preuve que l’univers est en expansion. La théorie veut que durant les premiers moments de l’univers, à 0,0000000000000000000000000000000001 seconde, l’univers débuta une expansion rapide. Cela expliquerait l’aspect relativement uniforme de ce que nous pouvons observer aujourd’hui dans l’espace, mais pour l’instant il n’y a aucune explication du pourquoi de cette expansion. La découverte des ondes gravitationnelles pourrait permettre de l’expliquer, tout en confirmant la théorie de l’expansion.
  • De nouvelles directions de recherche pour la physique : lorsque le Big Bang a eu lieu, il n’y avait aucune différence entre les forces fondamentales de l’univers (électromagnétisme, gravitation, interactions…). Elles ne formaient qu’une seule. Or aujourd’hui, les physiciens recherchent une « théorie du tout » qui permettrait d’unifier les mécanismes de l’ensemble des forces de l’univers. Observer les ondes gravitationnelles pourrait donc fournir des données allant dans cette direction, et forme aussi un pont entre la mécanique quantique et la physique relativiste.

Le BICEP

Il s’agit d’une série d’instruments (et du programme de recherche qui leur est associé). Ils sont situés dans l’Antarctique,  destinés à observer le fond diffus cosmologique, ce rayonnement fossile datant du Big Bang. BICEP2 est celui qui a permis d’observer les ondes gravitationnelles.

Dans le programme associé, le pilotage a été assuré par John Kovac (Harvard), Clem Pryke (UMN), Jamie Bock (Caltech/JPL), and Chao-Lin Kuo (Stanford/SLAC).

Jean-Paul Fritz

Le blog de Jean-Paul Fritz sur le site du « Nouvel Obs » : Chroniques de l’Espace-Temps

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