En bref
- 35 nouveaux signaux annoncés en 2021
- Ces ondes déforment très légèrement l’espace-temps
- LIGO et Virgo les mesurent au laser
Cent ans entre la théorie et la preuve. Les ondes gravitationnelles, prévues par Albert Einstein dans la relativité générale, n’ont été détectées pour la première fois qu’en 2015. Dit autrement, on parle de minuscules rides de l’espace-temps, invisibles, qui filent à la vitesse de la lumière dans toutes les directions.
Une idée ancienne, observée très tard
Pour les décrire simplement, la Nasa parle d’une ondulation dans l’espace. L’image fonctionne bien, parce qu’elle évite le jargon. Le point important, c’est que cette ondulation ne traverse pas seulement le vide, elle déforme très légèrement l’espace-temps lui-même.
Cette déformation est si faible qu’elle a longtemps échappé aux instruments. Voilà pourquoi la prédiction d’Einstein est restée sans confirmation directe pendant un siècle, ce qui est quand même rare pour une idée aussi centrale en physique.
Des cataclysmes lointains à l’origine du signal
Ces ondes naissent lors de certains des phénomènes les plus violents de l’Univers. Il peut s’agir d’une fusion de trous noirs, d’une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons, ou encore de l’explosion d’une étoile en supernova.
Plus on s’éloigne de l’événement, plus le signal s’affaiblit. Un peu comme des ronds dans l’eau après un caillou. Or ces sources se trouvent, pour beaucoup, à des milliards d’années-lumière de la Terre. Résultat, on ne les voit pas directement, on traque leur effet.
Comment LIGO et Virgo les mesurent
L’idée générale est simple sur le papier. Si une onde gravitationnelle passe, elle allonge un peu une direction et raccourcit un peu une autre. Les premières approches, comme la barre de Weber, reposaient déjà sur cette déformation.
Aujourd’hui, les détecteurs les plus connus utilisent l’interférométrie laser. Dans les observatoires, deux bras de plusieurs kilomètres servent de repères. Quand une onde traverse la Terre, leur longueur change d’une quantité infime. Des lasers, des miroirs et d’autres instruments permettent alors de mesurer cette différence.
LIGO est installé aux États-Unis. Virgo, lui, se trouve en Italie et partage ses données avec LIGO. D’autres projets existent ou sont étudiés, comme TAMA au Japon et GEO600 en Allemagne. L’ESA envisage même un observatoire spatial, une première qui serait techniquement très solide.
Le bond de 2021 qui a marqué les chercheurs
Le 7 novembre 2021, un groupe d’astrophysiciens a annoncé 35 nouvelles détections d’un coup. C’est énorme à l’échelle de ce domaine, puisque le total atteignait alors seulement 90 événements. Certains chercheurs ont parlé d’un tsunami.
Selon la professeure Susan Scott, de l’Université nationale australienne, ces nouveaux signaux provenaient d’événements cosmiques massifs, en majorité situés à des milliards d’années-lumière, et produisaient des ondulations dans l’espace-temps. Ces détections ont été réalisées par LIGO et Virgo entre la fin de 2019 et mars 2020. Plus les méthodes progresseront, plus les astrophysiciens pourront étudier les trous noirs et les étoiles à neutrons avec précision.
Vos questions, nos réponses
Pourquoi parle-t-on de rides de l’espace-temps ?
Parce qu’une onde gravitationnelle ne transporte pas seulement de l’énergie dans l’espace, elle modifie très légèrement la structure même de l’espace et du temps. L’image de la ride aide à comprendre qu’il s’agit d’une déformation qui se propage.
Pourquoi est-ce si difficile à détecter ?
La déformation mesurée est infime. À l’échelle des instruments, elle est presque dérisoire, ce qui impose des détecteurs géants, des lasers très stables et des analyses extrêmement fines pour distinguer un vrai signal du bruit ambiant.
Que peuvent apprendre les scientifiques avec ces signaux ?
Ils peuvent mieux connaître les propriétés des trous noirs et des étoiles à neutrons, notamment lors de leurs collisions. C’est précieux, parce que ces objets sont difficiles à observer autrement.
Pourquoi plusieurs observatoires travaillent-ils ensemble ?
Parce qu’un réseau améliore la fiabilité des détections et aide à estimer la provenance du signal. Quand LIGO et Virgo croisent leurs données, les chercheurs gagnent en précision et en confiance dans les résultats.
