Espace : c’est quoi, les ondes gravitationnelles ?
Il y a quelques jours, des scientifiques ont annoncé un "tsunami" de ces ondulations de l'espace-temps, découvertes pour la première en 2015.
Le 7 novembre 2021, un groupe d’astrophysiciens a rapporté le nombre de 35 nouvelles détections d’ondes gravitationnelles, soit le plus nombre grand nombre détecté ensemble. À tel point que les scientifiques ont évoqué le terme de “tsunami”, car le nombre total de ces phénomènes est de seulement 90. “Les nouvelles détections proviennent d’événements cosmiques massifs, situés pour la plupart à des milliards d’années-lumière, qui provoquent des ondulations dans l’espace-temps”, a précisé dans un communiqué la Pre Susan Scott, de l’université nationale australienne.
Originaires de paires de trous noirs, ou de trous noirs avec des étoiles à neutrons, leur détection a pu être réalisée avec les observatoires LIGO et Virgo entre la fin 2019 et le mois de mars 2020.
Une première détection il n’y a pas si longtemps
Ce n’est qu’en 2015 que ces ondes gravitationnelles sont détectées, alors qu’Albert Einstein les avait prédites dans sa théorie de la relativité générale cent ans auparavant. Comment définir, dans un premier temps et le plus simplement possible, ce qu’est ce phénomène ? La Nasa en parle aux enfants comme d’“ondulation invisible (mais incroyablement rapide) dans l’espace”, à la vitesse de la lumière et dans toutes les directions.
Les origines des ondes gravitationnelles
Ce phénomène résulte, pour reprendre les mots de l’observatoire LIGO, de “certains des processus les plus violents et énergétiques de l’Univers”. Lesquels ? Il peut s’agir d’explosions d’étoiles (se muant alors en supernovæ), de la fusion de deux trous noirs ou encore ou de la collision entre un trou noir et une étoile à neutrons.
Un peu à l’instar d’un jet de caillou dans l’eau, plus l’on se trouve éloigné de l’impact, moins on peut observer les ondes. Comme ces phénomènes se trouvent très loin de la Terre, il est donc difficile d’en être témoin.
La méthode de détection
L’un des moyens d’observation de ces phénomène est celui de la “barre de Weber” : une onde gravitationnelle va déformer légèrement l’espace-temps. Un objet se trouvera donc légèrement déformé, permettant ainsi de déduire l’intensité et la provenance de l’onde en question. Mais comme ces déformations sont très petites, les techniques d’aujourd’hui doivent faire appel à l’interférométrie laser. Avec cette technique, on mesure l’infime différence de marche entre deux laser provoqué par le passage de l’onde.
Il faut imaginer deux “bras” de plusieurs kilomètres. Dans le cas où une onde gravitationnelle vient à traverser la Terre, le phénomène va provoquer une infime modification de leur longueur qui sera alors mesurée grâce à des lasers, des miroirs et d’autres instruments. À terme, l’affinement des méthodes d’analyse augmentera la précision des résultats. Ce qui permettra aux astrophysiciens d’étudier les propriétés des trous noirs et des étoiles à neutrons avec une précision non encore atteinte à ce jour.
LIGO, dont nous venons de parler, se trouve aux États-Unis. Virgo, un autre observatoire, se trouve quant à lui en Italie, et il bénéficie d’un accord avec LIGO pour le partage des données observées. D’autres projets sont à l’étude, à l’instar de TAMA au Japon et GEO600 en Allemagne. L’Agence spatiale européenne (ESA) envisage même un observatoire dans l’espace, ce qui constituerait une première.
Our new @LIGO @ego_virgo @KAGRA_PR catalog #GWTC3 includes all the #GravitationalWaves events detected during our first 3 Observing Runs #O1 #O2 and #O3. We love this new poster, from @ARC_OzGRav's Carl Knox, which shows all of our events! https://t.co/43rLJ247SR pic.twitter.com/hK09zvE0MM
— LIGO (@LIGO) November 8, 2021