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L'astronomie du futur à nos portes

Les explications de Charles Tisseyre
Radio-Canada

Albert Einstein aura encore une fois eu raison. Les ondes gravitationnelles prédites par le génie il y a un siècle dans sa théorie de la relativité générale auraient été détectées directement pour la première fois par une équipe internationale de physiciens.

Un texte d'Alain LabelleTwitterCourriel

L'annonce doit être faite à 10 h 30 ce matin, à Washington, aux États-Unis. Des scientifiques du Caltech (California Institute of Technology), du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et du LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) qui travaillent sur la détection de ces ondes depuis une quinzaine d'années y participeront. Des conférences sont également prévues simultanément au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) de France, ainsi qu'à Londres.

L'un des détecteurs de l'observatoire LIGOL'observatoire LIGO Photo : Caltech

Cette conférence intervient alors que des rumeurs circulent depuis plusieurs semaines dans la communauté scientifique selon lesquelles les équipes du LIGO auraient réussi à détecter ces ondes.

Les années lumière consacre la première heure de l'émission dimanche 12 h 10 à la découverte sur ICI Radio-Canada Première.

Explications

La théorie d'Einstein veut que l'espace-temps se courbe en fonction de la distribution de la matière et de l'énergie. Il est localement courbé par une masse. Par exemple, la Terre courbe localement l'espace-temps dans son voisinage.

La Terre dans l'espace-tempsLa Terre dans l'espace temps Photo : NASA

Si, par surcroît, cette masse bouge, la courbure produite va elle-même se propager sous forme d'ondulation. Lorsqu'elles sont produites par un corps très condensé, comme un trou noir ou une étoile à neutrons, ces ondulations de courbure agitent l'espace et produisent des ondes de gravitation qui se propagent à la vitesse de la lumière. Ce sont les ondes gravitationnelles.

Le concept illustré

Ces ondulations ressemblent aux vagues formées à la surface d'un lac quand on y jette un caillou. À l'échelle de l'Univers, ces vagues ont pour effet de plisser l'espace-temps, ce qui éloigne ou rapproche les astres ou les objets le composant. En fait, il existe deux types d'ondes gravitationnelles : les ondes primordiales, qui sont apparues juste après le big-bang, il y a 13,7 milliards d'années, et les autres ondes, fruit du déplacement d'objets massifs dans l'Univers.

La difficulté pour les physiciens est de les détecter, puisque ces vibrations sont infiniment petites et se déplacent à la vitesse de la lumière .

Par exemple, un plissement gravitationnel entre la Terre et la Lune entraînerait un rapprochement de l'ordre de la taille d'un atome.

Il faut donc des appareils incroyablement sophistiqués pour mettre en évidence ces infimes vibrations de l'espace.

C'est ce qu'auraient réalisé les chercheurs à l'aide des détecteurs jumeaux de l'observatoire LIGO situés dans les États de Washington et de la Louisiane.

L'astronomie du futur

Cette percée annonce la naissance de l'astronomie gravitationnelle et ouvre la porte à de nouvelles connaissances de notre Univers.

À l'inverse de la lumière électromagnétique, la lumière gravitationnelle n'est pas absorbée par la matière; issue de sources lointaines, elle peut parvenir à la Terre en conservant toute l'information sur la configuration des sources qui l'ont engendrée.

Jean-Pierre Luminet dans le Destin de l'Univers

Les astrophysiciens pourront explorer différemment le ciel, et caractériser des phénomènes encore mystérieux, comme l'interaction entre deux trous noirs, la fusion de deux étoiles à neutrons et l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives.

Une observation indirecte

Une preuve indirecte de l'existence de ces ondes fut apportée en 1974 par les astrophysiciens américains Joseph Taylor et Russell Hulse.

Les deux hommes venaient de détecter un pulsar binaire, un système de deux étoiles à neutrons en rotation. Ces étoiles étant rapides et massives, leur mouvement a donné lieu à une forte émission d'ondes gravitationnelles créant beaucoup d'énergie. L'effet de ces ondes était de faire perdre l'énergie orbitale au système, si bien que les deux pulsars se sont rapprochés très lentement. Or, ce rapprochement peut se mesurer, et le calcul, la perte d'énergie des ondes gravitationnelles, correspond exactement à ce que la relativité générale prévoyait pour une étoile binaire émettant des ondes gravitationnelles. Ce fut donc une nouvelle vérification de la théorie, mais surtout une preuve indirecte de l'existence de ces ondes.

L'observation du rayonnement gravitationnel de ce système leur a valu le prix Nobel de physique en 1993.

La vidéo qui suit, produite par le Centre national d'études spatiales de France, explique le phénomène des ondes gravitationnelles : 

Pour visionner cette vidéo sur votre appareil mobile, cliquez ici (Nouvelle fenêtre)

Science