En novembre 1915, Albert Einstein a révolutionné notre compréhension de la nature de l’espace, du temps et de la gravitation. Sa théorie de la relativité générale prédit, en particulier, l’existence de trous noirs et d’ondes gravitationnelles.
La célébration de son centenaire vient d’être couronnée par l’observation, sur Terre, d’ondes gravitationnelles émises lors de la coalescence de deux trous noirs.
Il s’agit de la première détection directe d’une onde gravitationnelle, mais aussi de la première preuve expérimentale de l’existence des trous noirs.
Cette découverte historique ouvre une nouvelle ère en astronomie, celle de l’astronomie gravitationnelle, qui va nous permettre de sonder le côté obscur de l’Univers.
Affiche de la conférence, grand format :
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans la courbure de l’espace-temps, produites par l’interaction gravitationnelle.
En 1916, Albert Einstein, prédit l’existence de telles ondes dans sa théorie de la relativité générale. Leur existence a été prouvée de manière indirecte par Russell Hulse et Joe Taylor en mesurant la perte d’énergie (moment cinétique) d’un système binaire formé d’une étoile et d’une étoile à Neutron. Cette découverte fut si remarquable que Hulse et Taylor reçurent le prix Nobel de physique en 1993.
Cependant, la détection directe de telles ondes serait beaucoup plus probante car elle permettrait d’en apprendre plus sur l’objet qui en est l’origine. Les interféromètres, sont les outils les plus utilisés pour détecter les ondes gravitationnelles, car ils permettent de faire des mesures très précises. Les interféromètres modernes sont les descendants du fameux interféromètre de Michelson, qui permit en 1887 à Michelson et Morley d’infirmer l’existence de l’Éther.
Le principe de détection d’une onde gravitationnelle est le suivant. Le passage d’une onde gravitationnelle crée une déformation de l’espace-temps. Cette déformation peut être détectée en mesurant le déplacement qu’elle induit sur deux objets fixes.
Le grand défis de cette méthode est d’arriver à mesurer des déplacements dont l’amplitude est très faible. La précision demandée est celle qu’il faut pour mesurer le diamètre d’un cheveux placé à la distance de Proxima du Centaure !
Avec l’arrivée des interféromètres de dernière génération « Advanced LIGO » (the Laser Interferometer Gravitational wave Observatory, US) et « Advanced Virgo » (Cascina, Italie) la précision requise pour détecter des ondes gravitationnelles a été atteinte.
En effet, le 14 septembre 2015 LIGO détecta la première onde gravitationnelle, nommée GW160914. Le signal détecté était si intense que l’on pouvait le reconnaître à l’œil !
En comparant ce signal avec des modèles numériques, il nous indiqua que la source à l’origine de l’onde était un système de deux trous noirs coalescents et fusionnant en un seul objet. Les deux trous noirs ont une masse de 36 fois la masse du Soleil et de 29 fois la masse du Soleil avant la fusion. Après la fusion, le trou noir restant a une masse de 62 masses Solaire. Cette différence entre 29+36=65 masses Solaire et 62 masses Solaire nous renseigne que la masse équivalente à 3 Soleils a été transformée en énergie et redistribuée en ondes gravitationnelles.
La puissance (énergie par unité de temps) injectée dans l’onde est supérieur à la puissance émise par toutes les étoiles de l’univers. C’est certainement l’événement le plus intense jamais observé par l’Homme. De plus, cette découverte a permis de montrer l’existence de trous noirs possédant une masse non prédite par la théorie. Avec GW160914, nous pouvons dès à présent voir l’univers autrement que par la lumière.
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