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Des ondes venues de l'Univers

Les ondes gravitationnelles
08/04/2016
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Un caillou jeté dans un lac produit des ondes à la surface de l’eau. Un tremblement de terre produit des ondes dans la croute terrestre. Et la collision de deux galaxies produit des ondes dans l’Univers. Tu t’en doutes, il ne s’agit pas du même type d’ondes. Dans l’Univers, elles sont dues à la gravité, ce sont des ondes gravitationnelles. Et pour la première fois, ces vibrations provenant de l’espace ont été détectées sur Terre.

La gravité régit le mouvement de tous les objets dans l’Univers. Sans elle, ce serait un désordre total ! La gravité déforme aussi l’espace et le temps. Difficile à concevoir… Imagine que toi et quatre amis, vous tenez chacun le coin d’un carré de tissu et que vous tirez fort pour bien le tendre. Si un cinquième ami laisse tomber un livre au centre du tissu, il va se courber. Le tissu, c’est l’Univers (l’espace-temps) et le livre, un objet céleste ! Plus un objet est lourd, plus sa force de gravité est forte et plus il déforme l’espace-temps.

Pour créer une onde gravitationnelle, il faut de l’énergie. Dans un lac, c’est le caillou que tu jètes pour créer des vagues. Dans l’Univers, c’est par exemple un astre qui se déplace, deux trous noirs qui fusionnent, ou deux pulsars qui entrent en collision. La courbure va alors se propager sous forme d’ondes gravitationnelles et en quelque sorte « secouer » l’Univers.

C'est Einstein qui, il y a cent ans, dans sa théorie de la relativité générale, avait prédit l’existence de telles ondes. Les ondes gravitationnelles sont tellement faibles que leur détection nécessite des instruments ultra-sophistiqués. Les scientifiques n’avaient réussi à les détecter que de façon indirecte… jusqu’à ce fameux 14 septembre 2015.

Dans les états de la Louisiane et de Washington se trouvent deux observatoires d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO). Équipés de miroirs, de lasers et de détecteurs, ils ont tous les deux ressenti des vibrations à 10 secondes d’intervalles. Séparés l’un de l’autre par 3000 kilomètres, il ne s’agissait certainement pas du passage d’un gros camion !

À la suite de calculs complexes, les physiciens ont déterminé que cette onde gravitationnelle provenait de la collision et de la fusion de deux trous noirs de 30 fois la masse du Soleil, qui a eu lieu très très loin de nous, à 1,3 milliard d’années-lumière (une année-lumière égale environ 10 000 milliards de kilomètres !).

Fascinant, mais concrètement à quoi ça sert ? Les ondes gravitationnelles seraient un nouvel outil pour explorer l’Univers. Elles pourraient nous informer sur la nature et la localisation d’évènements inobservables depuis la Terre. En ce moment, des tests sont en cours pour installer des détecteurs dans l’espace ayant une sensibilité cent fois supérieure de celle de LIGO. La chasse aux ondes gravitationnelles est ouverte !

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