Astronomie : le 'tsunami' d'ondes gravitationnelles découvert par un groupe de scientifiques (et comment il pourrait changer ce que nous savons de l'univers)

Un phénomène qu'Einstein avait prédit il y a plus de 100 ans, et qui est observé pour la première fois en 2015, vient d'établir un nouveau record.

Il s'agit d'ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l'espace-temps qui se produisent lorsque deux objets hypermassifs, tels que des trous noirs, entrent violemment en collision.

Des recherches récentes menées par les observatoires LIGO aux États-Unis, Virgo en Italie et KAGRA au Japon, impliquant des centaines de scientifiques, affirment avoir détecté le plus grand nombre d'ondes gravitationnelles à ce jour.

Cette découverte pourrait aider à résoudre certaines des énigmes les plus complexes de l'univers, notamment les constituants fondamentaux de la matière et le fonctionnement de l'espace et du temps.

"C'est vraiment une nouvelle ère pour la détection des ondes gravitationnelles", affirme dans un communiqué Susan Scott, chercheuse au Centre d'astrophysique gravitationnelle de l'Université nationale australienne et l'un des auteurs de l'étude.

"C'est une percée majeure dans notre quête pour découvrir les secrets de l'évolution de l'univers", dit-elle.

La publication des résultats des observations est toujours en cours d'examen, mais avec cette annonce, "l'avenir de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA est très prometteur", déclare à BBC Mundo Eduard Larrañaga, physicien théoricien et professeur à l'Observatoire national de Colombie, qui n'a pas participé à l'enquête.

Un tsunami d'ondes gravitationnelles

La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA détecte 35 nouvelles ondes gravitationnelles entre novembre 2019 et mars 2020.

C'est plus de 10 fois le nombre d'ondes gravitationnelles que LIGO-Virgo avait détecté lors de son premier cycle d'observations, qui s'est déroulé sur quatre mois entre 2015 et 2016.

C'est "un tsunami", dit Scott.

Sur les 35 ondes détectées, 32 sont le résultat de collisions entre des paires de trous noirs qui fusionnent, et trois proviennent de collisions entre des étoiles à neutrons et des trous noirs.

Ces collisions monumentales se sont produites pour la plupart à des milliards d'années-lumière de distance, générant des ondulations dans l'espace-temps.

Cette découverte porte à 90 le nombre total d'ondes gravitationnelles détectées entre 2015 et 2020.

---

Que sont les ondes gravitationnelles ?

Lorsque les objets cosmiques se déplacent ou entrent en collision, ils génèrent une ondulation dans le tissu de l'espace-temps, qui se propage comme une ondulation dans l'eau d'un étang. Ce phénomène s'appelle une onde gravitationnelle.

Les ondes gravitationnelles étirent l'espace-temps dans une direction et le compriment dans l'autre.

Albert Einstein prédit théoriquement l'existence des ondes gravitationnelles dans le cadre de sa théorie de la relativité générale en 1916.

Einstein estime que lorsque ces ondes atteindraient la Terre, elles seraient si faibles qu'elles ne pourraient jamais être détectées.

En 2015, cependant, la première détection d'une onde gravitationnelle est réalisée.

Les ondes gravitationnelles offrent une vision plus large de l'univers, car elles ne limitent pas les observations aux objets qui émettent de la lumière ou émettent des particules, mais permettent de détecter des objets à partir de la perturbation qu'ils génèrent dans l'espace-temps.

---

Diversité

Ce nouveau catalogue d'ondes gravitationnelles est essentiel pour comprendre la nature des trous noirs et l'évolution des étoiles.

"Nous commençons seulement à apprécier la merveilleuse diversité des trous noirs et des étoiles à neutrons", indique Christopher Berry, astronome à l'Institut de recherche gravitationnelle de l'université de Glasgow, dans un communiqué.

• Pourquoi trois missions spatiales atteignent-elles Mars en même temps ?

Les observations montrent par exemple que les ondes gravitationnelles sont le résultat de la fusion de trous noirs qui atteignent ensemble une masse plus de cent fois supérieure à celle du Soleil, tandis que d'autres sont moins de vingt fois plus grands.

Scott, quant à lui, affirme que l'observation de la masse et de la rotation des paires de trous noirs en fusion nous permet de voir comment ces systèmes binaires se forment.

Sensibilité

Le record LIGO-Virgo-KAGRA est rendu possible par les progrès scientifiques et technologiques dans la détection des ondes gravitationnelles.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles fonctionnent avec des lasers de grande puissance qui mesurent avec une grande précision le temps que met la lumière à voyager entre deux bras en forme de L.

Lorsqu'une onde gravitationnelle atteint la Terre, elle comprime l'espace-temps dans un sens et l'étire dans l'autre, ce qui perturbe la trajectoire des lasers.

Des détecteurs tels que LIGO (Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory) ou (Observatoire interférométrique à ondes gravitationnelles) sont capables de détecter ces perturbations qui se produisent à des échelles subatomiques.

Depuis 2015, ces instruments sont devenus de plus en plus sensibles, permettant de détecter davantage d'ondes.

• Pourquoi ce serait une bonne nouvelle si Perseverance ne découvrait pas de vie sur Mars ?

Selon Scott, la sensibilité accrue des détecteurs au fil du temps permettra d'identifier de nouvelles sources d'ondes gravitationnelles, dont certaines seront inattendues.

L'une de ces sources pourrait être, par exemple, le rayonnement gravitationnel généré par le Big Bang lui-même.

---