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LES ONDES GRAVITATIONNELLES

Georges PaturelDepuis la théorie de la Relativité Restreinte, on sait que le temps et l’espace ne doivent plus être considérés séparément. Espace et Temps sont intimement liés par une constante universelle, la vitesse de la lumière dans le vide. La généralisation de cette théorie par la théorie de la Relativité Générale, a montré que les masses produisent des déformations de l’espace-temps faisant apparaître les forces d’attraction gravitationnelles.

Si une masse est présente quelque part dans l’univers, l’espace-temps est déformé. Le phénomène est statique. Si une masse vient en un point avec une vitesse uniforme, le phénomène peut encore être considéré comme statique ( » le mouvement [uniforme] est comme rien « , disait Galilée). Si, maintenant, on accélère la masse pour l’amener en un point où il n’y avait rien, la déformation de l’espace temps qui en résulte va se propager. Prenons une comparaison simpliste pour faire comprendre. Imaginez la surface d’un lac parfaitement calme. C’est l’image d’un espace vide. Une barque immobile ne créera pas davantage d’onde. Si maintenant la barque fait des va-et-vient, la déformation se propagera quand la barque inversera sa course. Une onde va donc apparaître et se propager à toute la surface du lac.

La prédiction des ondes gravitationnelles est apparue de manière presque naturelle par la considération des équations de la Relativité Générale. Le terme décrivant la forme de l’espace temps est décomposé en un terme représentant l’espace vide ou au repos et un terme général supposé petit. En reportant ce terme dans les équations, la partie correspondant à l’espace vide disparaît, et seule reste une équation qui ressemble à l’équation classique des ondes. Einstein avait déjà calculé les caractéristiques de telles ondes en 1916 et 1918. Ce type d’onde s’appelle une onde tensorielle transversale. Nous verrons plus loin qu’il pourrait exister d’autres types d’ondes. Si la prédiction de l’existence d’ondes gravitationnelles est possible, la détection est une tout autre affaire.

La déformation est différente selon la direction considérée. Plus précisément, l’onde est caractérisée par une direction de polarisation et la déformation périodique d’une règle dépend de l’angle entre cette direction de polarisation et la direction de la règle. Si la contraction est maximale dans une direction, elle est en revanche minimale dans une direction perpendiculaire. Cette propriété est facile à visualiser en considérant la déformation que subirait un cerceau frappé par une onde arrivant dans la direction de son axe de symétrie. Si l’onde arrive sur le cerceau sous un angle différent, la déformation sera moindre et dépendra d’un simple facteur géométrique. La figure 1 illustre la déformation subie par un cerceau.

FIGURE 1 :
Déformation d’un cerceau frappé par une onde gravitationnelle de type tensorielle transversale.
La contraction ou la dilatation d’une longueur se fait perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde.

Comment une onde gravitationnelle peut-elle se former?

Ainsi, de même qu’une particule chargée électriquement émet une onde électromagnétique si on l’accélère, une masse neutre accélérée émet une onde gravitationnelle. Et, de même qu’un électron se mettra en mouvement sous l’effet d’une onde électromagnétique (c’est ce qui se passe dans une antenne qui est parcourue par un va-et-vient d’électrons quand l’antenne reçoit une onde), une masse se déplacera sous l’effet d’une onde gravitationnelle.
L’explosion d’une étoile (supernova) est l’un des phénomènes les plus violents dans l’univers. La masse éjectée lors de l’explosion est gigantesque. Si le phénomène est parfaitement symétrique, la Relativité Générale ne prédit aucune onde. Mais que survienne une dissymétrie et l’onde prédite apparaît. Dans un tel cas nous aurons affaire à une onde brève.

Un autre phénomène est susceptible de produire une onde gravitationnelle puissante : si deux corps massifs entrent en collision, l’accélération pendant la chute des deux corps l’un sur l’autre pourra émettre une onde gravitationnelle. Malheureusement, ce phénomène est sans doute très rare.
Le phénomène peut être similaire, plus long mais moins violent, si la chute se fait en un mouvement orbital. Ce dernier cas pourrait donner lieu à une sorte de source quasi-permanente d’une telle onde.

Comment détecter une telle onde ?

Les détecteurs en barre de type « Weber »

Joseph Weber, un physicien de l’université de Maryland, se lança dans la construction d’un détecteur vers la fin des années 1960. Il espérait détecter les déformations passagères d’un cylindre dues aux ondes gravitationnelles produites lors d’explosions de supernovae. Il prit une masse cylindrique de plusieurs centaines de kilogrammes, suspendue loin de toutes vibrations. Des capteurs de vibrations piézo-électriques transformaient en signal électrique toute vibration mécanique du cylindre (figure 2). Il suffisait d’attendre. Si une onde arrive, la brève déformation du cylindre perdure à la fréquence propre du cylindre. Ce serait comme un coup frappé sur une cloche. La cloche teinte encore, longtemps après que le battant l’a frappée. Le problème de cette expérience était que de nombreuses causes étaient susceptibles de faire entrer le cylindre en vibration : une secousse sismique, un choc proche, etc.

FIGURE 2 :
Un récepteur du type de celui imaginé par J. Weber.
Sous le choc d’une onde le cylindre continue à vibrer à sa fréquence propre.

Plus tard Weber construisit un deuxième récepteur, placé à environ 1000 kilomètres du premier. Si un même signal était détecté simultanément sur les deux récepteurs, on pouvait raisonnablement penser que le signal était d’origine externe. Dans un article célèbre écrit en 1969, Weber clama qu’il avait détecté des coïncidences qui pouvaient s’expliquer par une émission venue du centre de notre Galaxie. L’expérience répétée par d’autres équipes ne permit pas de confirmer les résultats de Weber. Weber avait-il, par hasard, un récepteur plus sensible ? Difficile de conclure, même si le résultat est troublant. En effet, une émission du centre galactique devrait montrer deux pics de détection maximale, correspondants aux deux positions où, par suite de la rotation de la Terre, l’axe du cylindre est perpendiculaire à la direction du centre galactique. Or le diagramme obtenu par Weber montrait bien ces pics, aux bonnes positions.

Le diagramme de gauche montre l’histogramme des détections de Weber en fonction du temps sidéral.
Les deux pics correspondent à la position du centre galactique.
Cette détection n’a jamais été confirmée.

Weber construisant un de ses détecteurs en barre.

Il existe plusieurs détecteurs du type de celui de Weber en fonctionnement à travers le monde. Le détecteur Nautilus à Frascati en Italie continue à enregistrer le signal depuis plusieurs années pour espérer détecter un événement significatif, qui serait détecté par d’autres détecteurs semblables, comme Explorer ou Auriga.

Coupe du détecteur Nautilus.
La barre est enfermée dans une enceinte refroidie. Elle est suspendue à l’intérieur d’une enceinte, elle-même suspendue dans une autre enceinte; Ce système de suspension constitue des filtres qui évitent le passage de vibrations parasites. Le signal est enregistré non par des capteurs piézoélectriques mais par un système capacitif (‘transducer’).

Photo G. Paturel
Deux physiciens à la recherche d’un signal, en train de discuter devant le détecteur Nautilus.Les détecteurs interférométriques

Un nouveau type de détecteurs est envisagé, basé sur le principe d’un gigantesque interféromètre de Michelson. Rappelons brièvement le principe (Figure 3). Un faisceau lumineux issu d’un laser est séparé en deux faisceaux au moyen d’une glace semi réfléchissante (la lame séparatrice). Chacun des deux faisceaux est envoyé sur un miroir lointain, dans deux directions perpendiculaires. Au retour les deux faisceaux sont re-combinés. Si les deux trajets sont tels que deux maxima de l’onde se rejoignent, il en résulte un signal brillant. En revanche, si en un point, une onde présente un maximum et l’autre un minimum, aucun signal ne sera reçu en ce point. On obtient donc une alternance de régions lumineuses et de régions noires. Ce sont des interférences.

FIGURE 3 : Principe d’un interféromètre de Michelson utilisé pour la détection des ondes gravitationnelles.

Q’un des deux trajets soit modifié d’une demi-longueur d’onde seulement et une région lumineuse deviendra sombre et réciproquement. La longueur d’onde du laser se mesurant en milliardièmes de mètre, on conçoit que la méthode soit d’une sensibilité extrême. Mais il faut être capable de mesurer des variations relatives de longueurs DL/L plus petites qu’un milliardième de milliardième. Cela explique que les faisceaux sont pris les plus long possible. Dans le projet franco-italien VIRGO, la longueur des tunnels construits pour abriter les faisceaux lumineux atteint trois kilomètres.


L’interféromètre VIRGO, près de Pise en Italie
C’est une gageure si l’on considère qu’un vide poussé doit y être maintenu. Un dispositif de recyclage des faisceaux lumineux permet d’en allonger encore la longueur effective.


Vue d’un des deux tunnels composant un bras de l’interféromètre.


L’intérieur d’un des tunnels, avec le tube où se propagera la lumière.On espère atteindre une sensibilité relative d’environ un dix millionièmes de milliardième de milliardième. Mais, même avec cette sensibilité extrême, la détection est encore problématique. Pour l’instant les meilleurs résultats sont de plusieurs ordres de grandeur en dessous de cette valeur. Pourra-t-on détecter ces ondes gravitationnelles. C’est l’enjeu de ce siècle.

Cependant, des circonstances particulières firent que les physiciens purent avoir une preuve indirecte mais quasi formelle de l’existence de ces ondes.

Une preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles

En 1974, Hulse et Taylor enregistraient les impulsions rapides et régulières de pulsars, ces étoiles denses tournant sur elle-même très rapidement. Ils constatèrent que le pulsar PSR1913+16 montrait des irrégularités. Parfois l’intervalle entre deux impulsions augmentait, parfois il diminuait. Il fallut beaucoup de perspicacité pour comprendre que le pulsar était un objet double, chaque membre gravitant autour de l’autre en un peu moins de 8 heures. Ceci expliquait les changements de rythme par un classique effet Doppler-Fizeau (décalage des fréquences du à la vitesse). Très tôt, ce pulsar intéressa les physiciens relativistes car il était susceptible de montrer un phénomène devenu classique en relativité, l’avance du périastre, comme cela avait déjà été observé pour la planète Mercure. En deux ans près de quarante articles furent publiés. Mais le résultat le plus remarquable restait à venir. Les impulsions produites par le pulsar étaient d’une incroyable stabilité et pouvaient servir d’horloge de référence. Par ailleurs, dans son mouvement orbital, le pulsar pouvait émettre des ondes gravitationnelles, comme toute masse subissant une accélération. Il n’était pas question d’espérer détecter ces ondes directement, mais l’énergie qu’elles emportaient devait modifier la période orbitale du pulsar. La variation prédite était de 75 millionièmes de seconde par an. La variation observée fut de 76 millionièmes de seconde, avec une incertitude de 2 millionièmes de seconde seulement. Cet accord remarquable justifie les efforts consentis pour construire de nouveaux récepteurs et observer enfin, directement, ces ondes mystérieuses. Rappelons que Hulse et Taylor reçurent le prix Nobel de physique en 1993. T. Damour, le physicien français qui calcula ce que prévoyait la théorie de la Relativité Générale, ne partagea pas ce prix mais fut néanmoins convié à la cérémonie.

Un test pour les théories de la gravitation

Les ondes gravitationnelles constituent un test important pour la théorie de la Relativité Générale. Même si plus personne ne doute de la réalité des ondes tensorielles prédites (ce qui n’a pas toujours été le cas), il pourrait exister d’autres types d’ondes gravitationnelles, des ondes dites  » scalaires « . Dans quelques théories, les résultats de la Relativité Générale sont retrouvés mais il n’y a pas cependant équivalence. Par exemple, des ondes scalaires, longitudinales, qui contracteraient la matière dans le sens de propagation de l’onde, pourraient exister. Il existerait aussi des ondes scalaires, transversales. Ces ondes pourraient être émises même lors d’une explosion de supernova à symétrie sphérique (les ondes tensorielles, comme nous l’avons dit plus haut, ne peuvent emmener de l’énergie que s’il existe une asymétrie).
Pour mettre à l’épreuve les différentes théories il faut être capable de distinguer les ondes tensorielles des ondes scalaires. Est-ce possible ?
Un récepteur d’ondes gravitationnelles n’est pas directif. Il est sensible aux ondes venant de toutes les directions, il voit l’ensemble du ciel en même temps. Cependant, l’efficacité diffère selon la direction, la nature et la polarisation (éventuelle) de l’onde et aussi selon la position du récepteur. Si les sources émettrices étaient uniformément réparties sur le ciel, le nombre de supernovae détectées par unité de temps serait constant. Or il se trouve que la distribution des galaxies proches, susceptibles de produire des ondes détectables, est loin d’être uniforme. Si nous regardons cette distribution pour des distances n’excédant pas 100 millions d’années-lumière, nous voyons immédiatement (figure 4) qu’il y a des régions de forte concentration et des régions vides.

FIGURE 4 : La distribution des galaxies proches (distance inférieure à 100 millions d’années de lumière). On voit que cette distribution n’est pas homogène, ce qui peut favoriser la mise en évidence des ondes gravitationnelles émises quasi régulièrement lors d’explosions de supernovae. Les ondes gravitationnelles pourraient permettre de détecter le Grand Attracteur, s’il existe, caché derrière notre Voie Lactée.

Du fait de la rotation de la Terre, le nombre de supernovae détectées par unité de temps va varier en fonction de l’orientation absolue de la Terre. Cette orientation absolue se mesure par le temps sidéral. Si donc nous cumulons le nombre de détections le long des 24 heures de temps sidéral, nous obtiendrons une courbe caractéristique du type d’onde détectée. Il ne reste plus qu’à détecter les évènements gravitationnels. Pour les physiciens et les astrophysiciens c’est un enjeu du 21ème siècle.

On sera fixé jeudi sur la rumeur autour des ondes gravitationnelles

SCIENCES – Une conférence doit faire le point sur cet élément central de la théorie d’Einstein…

Les rumeurs sont presque dignes de la sortie d’un iPhone. L’excitation est palpable dans le milieu scientifique alors qu’une conférence de presse se tiendra jeudi à Washington autour de la quête centenaire pour confirmer l’existence des ondes gravitationnelles. Et après les bruissements de ces dernières semaines, le timing semble parfait, d’autant qu’une publication est prévue dans le magazine Nature le même jour.

Selon la Fondation Nationale américaine des Sciences (NSF), des scientifiques du Caltech, du MIT et du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) vont «faire un point sur les efforts de recherche pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide du Ligo».

Après les spéculations d’un chercheur américain, mi-janvier, un email de physicien théoricien Cliff Burgess a été publié sur Twitter la semaine dernière. Il affirme que des «espions» ont lu l’étude en question, et que l’existence des ondes gravitationnelles a été confirmée par l’observation de la fusion entre deux trous noirs, qui aurait déformé la courbure de l’espace-temps.

Pour faire simple, selon la théorie de la relativité général d’Einstein, les objets de très grande masse lancés à toute vitesse génèrent des ondes gravitationnelles, un peu comme un caillou à la surface d’une mare. Avec le Ligo, les scientifiques cherchent à mesurer un écart infime entre deux points, de l’ordre d’un millième de milliardième de milliardième de mètre, selon le CNRS. Pas facile, surtout au milieu de nombreux parasites.

Si la théorie était confirmée, il serait alors possible de construire de nouveaux télescopes pour observer le cosmos à travers les lunettes de l’astronomie gravitationnelle, une discipline au potentiel encore mal mesuré. Rendez-vous jeudi.

Les ondes gravitationnelles prédites par Einstein auraient été découvertes

Le site d’information de la revue Science rapporte que la découverte des ondes gravitationnelles devrait être annoncée jeudi prochain à New York.Ce n’est toujours qu’une rumeur, mais elle devient tout de même plus précise: des détecteurs américains auraient enregistré les premières traces d’ondes gravitationnelles, un phénomène prédit par Albert Einstein en 1916 mais jamais observé. Le jeudi 11 février, la Columbia University devrait faire une annonce «majeure», qui selon plusieurs physiciens s’exprimant sur les réseaux sociaux serait la détection par les observatoires américains LIGO d’ondes gravitationnelles provoquées par la fusion brutale de deux trous noirs à des millions d’années-lumière.

La découverte serait publiée le même jour dans la revue Nature, dévoile le site d’information de son grand concurrent américain Science. Celui-ci publie un e-mail de Clifford Burgess, physicien à l’université McMaster au Canada, qui aurait été mis en ligne par l’un de ses étudiants. Selon ce mail, le signal aurait été enregistré par les deux sites du détecteur LIGO, l’un en Louisiane, l’autre dans l’État de Washington, avec un décalage temporel entre les deux qui correspond à une transmission à la vitesse de la lumière.

Toujours selon la même source, les deux trous noirs qui ont fusionné pesaient respectivement 36 et 29 fois la masse du Soleil. Et la résultante de leur fusion ne pèserait plus que 62 masses solaires, soit 3 de moins.

Chacun des deux observatoires LIGO consiste en deux faisceaux lasers projetés dans des tunnels de 4 km de long qui sont parfaitement perpendiculaires. Par des jeux de miroirs, les physiciens sont capables de dire si la longueur de l’un des tunnels s’est brièvement raccourci, ou allongée, par rapport à l’autre. Une déformation infinitésimale de l’ordre du milliardième de milliardième de mètre qui peut être le signe du passage des ondes gravitationnelles, des infimes «froissements» du tissu spatio-temporel.

LIGO a fonctionné de 2002 à 2010 sans enregistrer aucun signal d’onde gravitationnelle. Une longue et coûteuse mise à jour a permis de multiplier sa sensibilité par quatre, avec une reprise des observations scientifiques en septembre 2015, cette fois-ci apparemment couronnée de succès. Les chercheurs américains de LIGO collaborent avec leurs homologues français et italiens de l’observatoire VIRGO, installé en Italie, et qui devrait atteindre la même sensibilité que les sites américains l’année prochaine.

Ondes gravitationnelles : l’hypothèse majeure d’Einstein révélée jeudi ?

Le télescope gravitationnel Ligo aurait détecté directement les ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs stellaires. Si la rumeur venait à être confirmée, ce serait une découverte scientifique plus spectaculaire que celle du boson de Brout-Englert-Higgs, qui ouvrirait une nouvelle ère en astrophysique.
Une représentation d’artiste d’ondes gravitationnelles se propageant dans le tissu de l’espace-temps et rayonnées par un couple de trous noirs spiralant l’un vers l’autre. Ce mouvement leur fait perdre de l’énergie, et c’est elle qui s’échappe sous forme d’ondes. © K. Thorne (Caltech)-T. Carnahan (Nasa GSFC)
Une représentation d’artiste d’ondes gravitationnelles se propageant dans le tissu de l’espace-temps et rayonnées par un couple de trous noirs spiralant l’un vers l’autre. Ce mouvement leur fait perdre de l’énergie, et c’est elle qui s’échappe sous forme d’ondes. © K. Thorne (Caltech)-T. Carnahan (Nasa GSFC)

Est-on sur le point de détecter directement les ondes gravitationnelles prédites par Einstein il y a presque un siècle… ou l’a-t-on déjà fait ? En avril 2010, Futura-Sciences faisait état d’un article publié sur arXiv par Chris Belczynski, du Los Alamos National Laboratory, et ses collègues astrophysiciens, qui prévoyaient que les premières ondes détectées ne proviendraient pas de systèmes binaires d’étoiles à neutrons mais de trous noirs binaires. Optimistes, les chercheurs n’hésitaient d’ailleurs pas à prédire que cette détection pourrait survenir dès l’année 2015, date à laquelle les deux plus puissants télescopes à ondes gravitationnelles, Ligo et Virgo, auront été « upgradés » pour atteindre un seuil de sensibilité nettement supérieur.

En janvier 2016, nous rapportions une rumeur persistante qui laissait effectivement entendre qu’Advanced Ligo avait déjà observé des signaux provenant d’un système binaire de trous noirs peu après son démarrage en septembre 2015. Bien que nous ayons pronostiqué que l’un des événements marquants de l’astrophysique en 2016 pourrait être la première preuve directe de l’existence des ondulations du tissu de l’espace-temps, nous mettions en garde contre l’emballement médiatique en rappelant deux malheureuses affaires, celle des neutrinos transluminiques du Cern et celle de la détection des ondes gravitationnelles du Big Bang par la collaboration Bicep2.

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, Du Big Bang au Vivant est un projet TV-Web-cinéma qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. Dans cette vidéo, Jean-Pierre Luminet nous parle des ondes gravitationnelles. © Du Big Bang au Vivant, YouTube
Trois masses solaires converties en ondes gravitationnelles

Il semble désormais que l’on puisse être raisonnablement moins prudent, même en l’absence d’une publication officielle des membres de la collaboration Ligo qui ont jusqu’à présent refusé de commenter dans un sens comme dans un autre la rumeur propagée sur la Toile. Le journal Science a en effet relayé un message sur Twitter du physicien théoricien Clifford Burgess. Il est, tout comme Stephen Hawking, membre du Perimeter Institute for Theoretical Physics (PI), un institut de recherche indépendant spécialisé dans l’étude de la physique théorique situé à Waterloo, au Canada. Burgess affirme que des collègues ont eu l’opportunité de jeter un coup d’œil à un article qui devrait être publié ce jeudi 11 février 2016 dans le journal Nature.

Que contient cet article ?

Rien de moins qu’une bombe. Les membres de la collaboration Ligo y annonceraient une vraie découverte avec un signal qui atteindrait les 5,1 sigma dans le jargon des physiciens, c’est-à-dire tellement improbable qu’il ne peut s’expliquer raisonnablement par un effet du hasard. Ce serait alors comme si des parasites radio mimaient une musique de Mozart. La symphonie captée par Ligo serait donc réelle…

Tout comme l’étude du spectre électromagnétique d’une étoile peut nous donner des renseignements sur sa composition chimique, son champ magnétique et la pression régnant dans son atmosphère, les ondes gravitationnelles émises par des astres compacts réunis en systèmes binaires peuvent être très bavardes.

En l’occurrence, les chercheurs auraient déduit du spectre des ondes gravitationnelles que celles-ci auraient été émises par deux trous noirs stellaires initialement en orbite l’un autour de l’autre, avec des masses de 36 et 29 masses solaires. Perdant de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles, ces trous noirs ont fini par se rapprocher rapidement en décrivant des orbites en forme de spirale avant d’entrer en collision et de fusionner. Pendant un temps très court, l’objet formé était un trou noir dont l’horizon des événements était particulièrement « bosselé » et dynamique. Or, la théorie des trous noirs nous dit qu’un tel astre ne peut rester longtemps dans cet état car il doit très rapidement adopter la forme d’un trou noir stationnaire, à savoir un trou noir de Kerr en rotation. Pour cela, l’horizon des événements doit vibrer à la façon d’une cloche frappée (on parle de modes quasi-normaux et de phase de ring-down pour décrire ce phénomène) pour perdre à son tour de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles et devenir parfaitement sphérique.

Au final, une masse équivalente à trois fois celle du Soleil aurait été convertie en rayonnement gravitationnel pur en moins d’une seconde, laissant donc un trou noir de 62 masses solaires. Comment se représenter une telle énergie ? C’est vraiment difficile. Par comparaison, la puissance rayonnée par la Terre autour du Soleil sous forme d’ondes gravitationnelles est de seulement 200 watts environ. Notre Soleil, qui convertit une toute petite fraction de sa masse en énergie lumineuse, produit ainsi 1026 watts. Le phénomène dont nous parlons ici aurait donc libéré en un instant trois fois la quantité totale d’énergie représentée par sa masse de 1030 kg, selon la formule E=mc2.
L’ère de l’astronomie gravitationnelle

Si Ligo a bien fait cette observation, une ère nouvelle pour l’astronomie et l’astrophysique vient de s’ouvrir. Le rayonnement gravitationnel est le plus pénétrant de l’Univers et il peut donc fournir des renseignements impossibles à obtenir autrement sur des phases très primitives du cosmos. Il permet aussi d’explorer la physique des étoiles à neutrons et des trous noirs. Si l’on en croit Clifford Burgess, le signal observé est clairement celui que l’on attend si l’espace-temps associé à un trou noir en rotation est bien celui d’un trou noir de Kerr. Il s’agit donc d’un test non trivial de la théorie de la relativité générale et de la théorie des trous noirs telle qu’elle a été élaborée dans les années 1950 à 1970 par des pionniers comme John Wheeler et Stephen Hawking.

Il y a gros à parier aussi que l’on connaît déjà les noms des prix Nobel de physique pour 2016 ou pour le moins 2017. Les physiciens Rainer Weiss, Ronald Drever ont en effet fait équipe pour cofonder Ligo en 1992 avec le grand physicien relativiste Kip Thorne, à l’origine de la science derrière le scénario d’Interstellar (voir à ce sujets les commentaires de Jean-Pierre Luminet sur son blog).

Les ondes gravitationnelles prédites par Einstein enfin découvertes?

media Image d’artiste représentant la collision de deux trous noirs. Nasa

Une étude qui sera publiée dans la revue Nature jeudi 11 février pourrait révéler que des ondes gravitationnelles ont été observées pour la première fois. Si elle est confirmée, cette découverte va révolutionner la façon dont on étudie l’univers et son histoire.

Albert Einstein avait prédit l’existence des ondes gravitationnelles en 1916 dans sa théorie de la relativité générale. Cent ans plus tard, les équipes du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) pourraient bien lui donner raison.

Voilà plusieurs semaines que des rumeurs dans la communauté scientifique murmuraient que le Ligo aurait détecté ces ondes. Un communiqué publié ce lundi par plusieurs centres de recherches annonçant une conférence de presse jeudi 11 février pour « faire un point sur les efforts de recherche pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide du Ligo » semble les confirmer. Cette conférence de presse doit être accompagnée par la publication d’une étude dans la revue scientifique Nature.

Les ondes gravitationnelles seraient produites par les légères perturbations subies par l’espace-temps à cause du déplacement d’un objet de grande masse tel qu’une planète. Une théorie qui pourrait s’apparenter aux ronds provoqués par le jet d’un caillou dans l’eau. Les équipes du Ligo les auraient découvertes en observant la collision et la fusion de deux trous noirs.

« Tout déplacement de masse, donc tout phénomène violent, crée des ondes gravitationnelles, explique l’astrophysicien Pierre Binetruy. Et parce que la force gravitationnelle est très faible, elle se propage sans diminuer. Les ondes gravitationnelles, parce qu’elles interagissent très peu avec la matière, ne sont pas amorties et continuent à se propager dans l’univers, éventuellement pendant des milliards d’années. »

Leur étude permettrait de remonter l’histoire et comprendre le phénomène qui les a produites, ce qui était impossible avant. Et si on découvre un jour l’onde gravitationnelle primordiale, c’est alors que le Big Bang commencera à livrer ses secrets.

L’onde gravitationnelle prédite par Einstein détectée pour la 1ère fois

Pour la première fois, une onde gravitationnelle, une « vibration de l’espace-temps » prédite par Albert Einstein, a été détectée ! Un événement majeur, le dénouement de plus d’un siècle d’effort, que la revue Nature devrait annoncer le jeudi 11 février 2016.

Les astrophysiciens ont représenté, grâce à des simulations numériques, les vibrations de l'espace-temps que sont les ondes gravitationnelles dues à la collision de 2 trous noirs. © Max Planck Institute for gravitational physics / Zuse Institute Berlin / Center for computation & technology at Louisiana state universityLes astrophysiciens ont représenté, grâce à des simulations numériques, les vibrations de l’espace-temps que sont les ondes gravitationnelles dues à la collision de 2 trous noirs. © Max Planck Institute for gravitational physics / Zuse Institute Berlin / Center for computation & technology at Louisiana state university

Depuis quelques mois déjà le bruit courait sur les réseaux sociaux : l’interféromètre LIGO (Etats-Unis) aurait vu le signal caractéristique d’une onde gravitationnelle. Aujourd’hui la rumeur se confirme, chiffres à l’appui : deux trous noirs, respectivement 29 et 36 fois la masse de notre Soleil, se sont rapprochés, entamant une sorte de danse en spirale avant de rentrer en collision, ce qui a provoqué des vagues à travers l’espace entier, ces fameuses ondes gravitationnelles dont l’existence avait été prédite par Einstein mais qui n’avaient jamais été encore directement détectée. C’est donc cet « objet » physique inédit que les chercheurs de LIGO sont en mesure de présenter au monde entier pour la première fois ! « L’effervescence est à son comble » reconnaît Eric Gourgoulhon, de l’Observatoire de Paris, qui travaille à la modélisation des mouvements de ces astres étonnants que sont les trous noirs « nous attendons impatiemment la publication le 11 février ». Mais la tension est si intense dans le monde des physiciens que quelques jours avant la publication de l’article de référence dans la revue britannique Nature, c’est la revue américaine Science qui en fait état.

Il a fallu beaucoup d’efforts, parsemés d’essais infructueux pour en arriver là

Ainsi, le monstre final ne rassemblerait que 62 fois la masse de notre étoile, ce qui suppose que l’équivalent de trois masses solaires est parti… non pas en fumée, « mais dans l’énergie des ondes gravitationnelles » précise-t-il. Puisqu’en effet, depuis Einstein, les physiciens savent que masse et énergie sont deux aspects de la même entité et que – dans certaines conditions – l’une peut se convertir en l’autre, selon la plus célèbre équation de la physique à savoir E=mc2, « c » étant la vitesse de la lumière soit 300.000 km/s. Un résultat net et précis comme un cas d’école qui pourrait bien valoir un prix Nobel de Physique dès octobre prochain, comme le suggère dans Science le physicien Clifford Burgess, théoricien de l’Institut Perimeter pour la physique théorique à Waterloo (Canada).

Certes il a fallu beaucoup d’efforts, parsemés d’essais infructueux pour en arriver là. Dès les premières décennies du 20e siècle, la compréhension de l’évolution des étoiles a conduit les astrophysiciens à envisager un stade ultime : certaines se transformeraient en un « trou noir », un astre si dense qu’il ne laisserait échapper ni lumière ni matière passant à sa proximité. Une collision entre deux monstres de ce type – comme à chaque fois qu’une masse serait accélérée quelque part dans l’Univers- ferait vibrer l’espace tout entier – c’est ce qu’avait prédit Einstein. Ces vibrations –appelées ondes gravitationnelles- se propageraient à travers tout l’espace et, sur Terre, moyennant le déploiement des instruments ad hoc elles seraient même détectables. Ce fut le pari des physiciens depuis plus de 50 ans… Une entreprise très difficile : car l’amplitude extrêmement faible de ces vagues oblige à déployer des trésors d’ingéniosités. Deux interféromètres – l’Américain LIGO et le Franco-italien VIRGO, – sont constitués de bras laser de plusieurs kilomètres qui devrait varier de quelques fraction de millionième de milliardième de millimètres… preuve aujourd’hui que cet objectif était au final raisonnable.

Ondes gravitationnelles: possible annonce majeure jeudi

Ondes

Un technicien inspecte l’un des capteurs optiques du LIGO.Photo Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab

Agence QMI 

WASHINGTON, États-Unis – Des équipes scientifiques qui cherchent à détecter des ondes gravitationnelles, dont Albert Einstein a prédit l’existence dans sa théorie de la relativité générale, pourraient annoncer jeudi à Washington une découverte majeure.

Selon un communiqué lundi de la Fondation Nationale américaine des Sciences (NSF), des scientifiques du Caltech (California Institute of Technology), du MIT et du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) vont «faire un point sur les efforts de recherche pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide du Ligo», lors d’une conférence de presse.

Cette annonce vient alimenter les rumeurs qui circulent depuis plusieurs semaines dans la communauté scientifique sur internet selon lesquelles les équipes du Ligo auraient bien détecté ces ondes. Celles-ci seraient produites par les légères perturbations subies par l’espace-temps en raison du déplacement d’un objet de grande masse, comme une planète.

Cette théorie mise en avant par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale pourrait s’apparenter aux ronds qui se forment dans l’eau quand on y jette un caillou.

Selon ces rumeurs rapportées très récemment par Sciencemag.org, c’est en observant la collision de deux trous noirs et leur fusion que ces observations auraient été faites. Sciencemag cite un tweet selon lequel des scientifiques auraient vu l’étude du Ligo décrivant la découverte.

Le magazine en ligne de Science cite notamment Clifford Burgess, un physicien de l’Université McMaster à Hamilton au Canada, et le Perimeter Institute for Theoretical Physics à Waterloo: ceux-ci jugent la rumeur crédible quand bien même ils n’ont pas eu accès aux documents du Ligo. «J’ai une longue expérience et j’ai déjà vu des rumeurs aller et venir, mais celle-ci paraît plus crédible», dit M. Burgess.

La possibilité d’observer les ondes gravitationnelles, qui sont très faibles à une échelle microscopique, ouvrirait une nouvelle fenêtre sur des phénomènes astronomiques encore mystérieux, comme l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives, la fusion de deux étoiles à neutrons ainsi que sur les phénomènes associés aux trous noirs qui se trouvent souvent au centre des galaxies.

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Physique: possible annonce majeure jeudi sur l’observation d’ondes gravitationnelles

Le physicien Albert Einstein (au centre), le 15 mars 1954, lors de son 75e anniversaire, à l'université de Princeton, dans le New Jersey
Le physicien Albert Einstein (au centre), le 15 mars 1954, lors de son 75e anniversaire, à l’université de Princeton, dans le New Jersey (AFP/)

Des équipes scientifiques qui cherchent à détecter des ondes gravitationnelles, dont Albert Einstein a prédit l’existence dans sa théorie de la relativité générale, pourraient annoncer jeudi à Washington une découverte majeure.

Selon un communiqué lundi de la Fondation Nationale américaine des Sciences (NSF), des scientifiques du Caltech (California Institute of Technology), du MIT et du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) vont « faire un point sur les efforts de recherche pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide du Ligo », lors d’une conférence de presse.
Cette annonce vient alimenter les rumeurs qui circulent depuis plusieurs semaines dans la communauté scientifique sur internet selon lesquelles les équipes du Ligo auraient bien détecté ces ondes. Celles-ci seraient produites par les légères perturbations subies par l’espace-temps en raison du déplacement d’un objet de grande masse, comme une planète.
Cette théorie mise en avant par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale pourrait s’apparenter aux ronds qui se forment dans l’eau quand on y jette un caillou.
Selon ces rumeurs rapportées très récemment par Sciencemag.org, c’est en observant la collision de deux trous noirs et leur fusion que ces observations auraient été faites. Sciencemag cite un tweet selon lequel des scientifiques auraient vu l’étude du Ligo décrivant la découverte.
Le magazine en ligne de Science cite notamment Clifford Burgess, un physicien de l’Université McMaster à Hamilton au Canada, et le Perimeter Institute for Theoretical Physics à Waterloo: ceux-ci jugent la rumeur crédible quand bien même ils n’ont pas eu accès aux documents du Ligo. « J’ai une longue expérience et j’ai déjà vu des rumeurs aller et venir, mais celle-ci paraît plus crédible », dit M. Burgess.
La possibilité d’observer les ondes gravitationnelles, qui sont très faibles à une échelle microscopique, ouvrirait une nouvelle fenêtre sur des phénomènes astronomiques encore mystérieux, comme l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives, la fusion de deux étoiles à neutrons ainsi que sur les phénomènes associés aux trous noirs qui se trouvent souvent au centre des galaxies.

Physique : possible annonce majeure jeudi sur l’observation d’ondes gravitationnelles

Physique : possible annonce majeure jeudi sur l'observation d'ondes gravitationnelles
La formation d’un trou noir peut provoquer des ondes gravitationnelles. © NASA/JPL CALTECH / AFP

ASTRONOMIE – Des chercheurs de Californie auraient observé ces ondes, théorisées par Einstein, et pourraient faire une annonce majeure jeudi.

Des équipes scientifiques qui cherchent à détecter des ondes gravitationnelles, dont Albert Einstein a prédit l’existence dans sa théorie de la relativité générale, pourraient annoncer jeudi à Washington une découverte majeure.

Confirmation de rumeurs. Selon un communiqué lundi de la Fondation Nationale américaine des Sciences (NSF), des scientifiques du Caltech (California Institute of Technology), du MIT et du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) vont « faire un point sur les efforts de recherche pour détecter les ondes gravitationnelles à l’aide du Ligo » lors d’une conférence de presse. Cette annonce vient alimenter les rumeurs qui circulent depuis plusieurs semaines dans la communauté scientifique sur Internet selon lesquelles les équipes du Ligo auraient bien détecté ces ondes.

Selon ces rumeurs rapportées très récemment par Sciencemag.org, c’est en observant la collision de deux trous noirs et leur fusion que ces observations auraient été faites. Sciencemag cite un tweet selon lequel des scientifiques auraient vu l’étude du Ligo décrivant la découverte.

Comme des ronds à la surface de l’eau. Les ondes gravitationnelles seraient produites par les légères perturbations subies par l’espace-temps en raison du déplacement d’un objet de grande masse, comme une planète. Cette théorie mise en avant par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale pourrait s’apparenter aux ronds qui se forment dans l’eau quand on y jette un caillou.

La possibilité d’observer les ondes gravitationnelles, qui sont très faibles à une échelle microscopique, ouvrirait une nouvelle fenêtre sur des phénomènes astronomiques encore mystérieux, comme l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives, la fusion de deux étoiles à neutrons ainsi que sur les phénomènes associés aux trous noirs qui se trouvent souvent au centre des galaxies.

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Commentaires

belmondo  •                   Comme dans le film Interstellar

shoa  •                             ce keum est un imposteur et un voleur
Uıʇɹɐɯ  •                          Et visiblement le signal shie sa race. Ça va shier ! 🙂~~
Auld Lang Syne ~~  • 1916 -2016, tiens, tiens
Muppet Show!  •          C’est connu! C’est le centre du micro ondes….

Aëlig  •                           j’ai hâte j’ai hâte, après l’échec de 2014 on a peut être enfin quelque chose de sérieux. C’est excitant !!

commentaires

  • Avatar Victor Landor    Encore une fois du sensationnalisme lorsqu’on parle de science.

    La recherche de la preuve des ondes gravitationnelles est une œuvre de longue haleine qui occupe plus d’un millier de chercheurs de part le monde. Ce n’est pas un sujet nouveau, et il fait l’objet de nombreuses publications . Les résultats de LIGO devront être soumis à la communauté scientifique pour analyse. Et in fine, c’est elle qui déterminera la valeur de ce papier.

  • Avatar Padepipo       Bonne nouvelle pour la physique mais attention aux chercheurs qui ont besoin de budget….lls sont parfois obligés de faire parler d’eux en publiant ce genre de news.

    A confirmer…

    @CM63 :                 L’hypothèse d’Einstein a été révélée en 1915, donc ça ne datera pas de jeudi prochain. Vous voulez sans doute dire « démontrée »?

    Ils parlent de la révélation publique (jusqu’ici la discrétion a été de mise) des résultats de Ligo. Le titre est bizarrement rédigé !
    Et je ne comprend pas trop de quelle hypothèse ils parlent (on n’en parle pas dans le corps de l’article) puisque les ondes gravitationnelles ne sont pas une hypothèse mais une conséquence de la relativité générale elle même très bien validée.
    En outre, l’existence des ondes gravitationnelles a été largement vérifiée grâce aux pulsars binaires.
    Goel_ :                      vulgariser la chose sans trop la déformer ! Un comble pour des déformations de l’espace-temps
    paul munger              Intimidation, projection de fantasmes, enfantillage!
    Eric SimonEric Simon  Cet article montre une totale absence de rigueur. Vous vous basez sur une note parue dans Science, mais celle-ci ne fait que relater les rumeurs qui existent depuis plusieurs semaines autour de LIGO. L’article de Science ne parle que de l’amplification de la rumeur en décrivant le tweet d’un chercheur qui met la copie d’un mail d’un autre chercheur qu’il envoie à ces étudiants en donnant soit disant des détails sur une découverte de LIGO. Si publication dans Nature il doit y avoir (comme ce chercheur l’annonce), c’est cette source-là (la publication scientifique) qui peut elle seule permettre de faire une annonce du type que vous faites ici et non des rumeurs colportées fussent-elles crédibles en apparence. Il est tout à fait possible que l’information relayée dans Science ne soit au final que du vent.www.ca-se-passe-la-haut.fr

    pierre cussol                      Je vous prouve que non : voici ce que je pense (et qui doit donc exister selon vous): il existe un sosie parfait de Maryline Monroe qui se matérialisera dans votre lit quand vous lirez ce post. Allez donc vérifier …. 😉
    Fakrys ManFakrys Mande toute façon quand un trou noir atteint son maximum si on peut dire d’implosion, il explose en énergie qui peut être elle aussi détectée: cette libération ne possède t-elle pas des points communs avec ces ondes gravitationnelles?!

    Pierre CorynPierre Coryn
    si cette information était confirmée par d’autres sources et essais, ce serait une découverte scientifique majeure qui conforterait, une fois de plus, la théorie d’Einstein.

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