Des physiciens détectent des ondes gravitationnelles Physique

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Pour la première fois, des physiciens ont observé des “ondulations” dans le tissu de l’espace-temps, appelées ondes gravitationnelles.

La collision de deux trous noirs est visible sur cette image tirée d'une simulation informatique. Crédit image : SXS.

La collision de deux trous noirs est visible sur cette photo prise lors d’une simulation informatique. Crédit photo : SXS.

Les ondes gravitationnelles – des “ondulations” dans l’espace-temps produites par certains des événements les plus violents du cosmos – ont été prédites par Albert Einstein en 1916, lorsqu’il a montré que l’accélération d’objets massifs secouait tellement l’espace-temps que des ondes d’espace déformé rayonnaient depuis la source.

Ces ondulations voyagent à la vitesse de la lumière à travers l’Univers, transportant avec elles des informations sur leurs origines cataclysmiques, ainsi que des indices inestimables sur la nature de la gravité elle-même.

“Ces ondes sont si petites que seule l’accélération violente de corps massifs donne des signaux que nous pouvons espérer détecter”, a déclaré le Dr Phil Evans, membre de l’équipe de l’Université de Leicester, au Royaume-Uni.

“La source la plus probable de ces ondes détectables serait la collision soit de deux étoiles incroyablement denses appelées étoiles à neutrons, soit de deux trous noirs, soit éventuellement d’une étoile à neutrons et d’un trou noir.”

L’existence des ondes gravitationnelles a été démontrée pour la première fois dans les années 1970 et 1980 par Joseph Taylor, Jr. et ses collègues.

En 1974, Taylor et Russell Hulse ont découvert un système binaire composé d’un pulsar en orbite autour d’une étoile à neutrons. Taylor et Joel M. Weisberg ont découvert en 1982 que l’orbite du pulsar se rétrécissait lentement au fil du temps en raison de la libération d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles.

Pour avoir découvert le pulsar et montré qu’il rendrait possible cette mesure particulière des ondes gravitationnelles, Hulse et Taylor ont reçu le prix Nobel de physique en 1993.

La nouvelle découverte – réalisée par la collaboration scientifique LIGO et la collaboration Virgo à l’aide des données de l’observatoire d’ondes gravitationnelles LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), le plus grand observatoire d’ondes gravitationnelles au monde et l’une des expériences de physique les plus sophistiquées au monde – est la première observation des ondes gravitationnelles elles-mêmes.

Les scientifiques de LIGO ont conclu que les ondes gravitationnelles détectées ont été produites pendant la dernière fraction de seconde de la fusion de deux trous noirs pour produire un trou noir unique, plus massif et en rotation.

L’événement, nommé GW150914, a été détecté le 14 septembre 2015 à 5 h 51 EDT (09 h 51 UTC) par les deux détecteurs jumeaux LIGO, situés à Livingston (La) et à Hanford (Wa).

Sur la base des signaux observés, les chercheurs estiment que les trous noirs de cet événement avaient une masse d’environ 29 et 36 fois celle du Soleil.

GW150914 a eu lieu il y a 1,3 milliards d’années, selon l’équipe.

Environ trois fois la masse du Soleil a été convertie en ondes gravitationnelles en une fraction de seconde – avec un pic de puissance d’environ 50 fois celui de l’ensemble de l’Univers visible.

“Le 14 septembre 2015 à 09:50:45 temps moyen de Greenwich, les observatoires LIGO Hanford et Livingston ont tous deux détecté un signal provenant de GW150914”, ont déclaré les scientifiques. “Le signal a d’abord été identifié par ce que nous appelons les méthodes de recherche à faible latence, qui sont conçues pour analyser les données du détecteur très rapidement, en recherchant des preuves d’un modèle semblable à une onde gravitationnelle, mais sans modéliser les détails précis de la forme d’onde.”

“Nos résultats indiquent que GW150914 a été produit par la fusion de deux trous noirs ayant des masses d’environ 36 fois et 29 fois la masse du Soleil respectivement, et que le trou noir post-fusion avait une masse d’environ 62 fois la masse du Soleil.”

“De plus, nous déduisons que le trou noir final est en rotation – de tels trous noirs en rotation ont été prédits théoriquement pour la première fois en 1963 par le mathématicien Roy Kerr.”

“Enfin, nos résultats indiquent que le GW150914 s’est produit à une distance de plus d’un milliard d’années-lumière. Les détecteurs LIGO ont donc observé un événement vraiment remarquable qui s’est produit il y a très longtemps dans une galaxie très, très lointaine !”.

“Notre observation des ondes gravitationnelles permet d’atteindre un objectif ambitieux fixé il y a plus de cinq décennies, à savoir détecter directement ce phénomène insaisissable et mieux comprendre l’Univers, et, comme il se doit, de remplir l’héritage d’Einstein à l’occasion du 100e anniversaire de sa théorie générale de la relativité”, a déclaré le professeur David H. Reitze, directeur exécutif du projet LIGO et scientifique à l’Institut de technologie de Californie.

“Cette détection est le début d’une nouvelle ère : Le domaine de l’astronomie des ondes gravitationnelles est maintenant une réalité”, a déclaré l’équipe du projet LIGO.membre Prof. Gabriela Gonzalez, de l’Université d’Etat de Louisiane.

“La description de cette observation est magnifiquement décrite dans la théorie de la relativité générale d’Einstein formulée il y a 100 ans et comprend le premier test de la théorie en gravitation forte. Il aurait été merveilleux de voir la tête d’Einstein si nous avions pu le lui dire”, a déclaré le professeur Rainer Weiss du Massachusetts Institute of Technology.

“Avec cette découverte, nous, les humains, nous lançons dans une nouvelle quête merveilleuse : celle d’explorer le côté déformé de l’Univers – les objets et les phénomènes qui sont faits d’espace-temps déformé”, a déclaré le professeur Kip Thorne de l’Institut de technologie de Californie.

“Les trous noirs en collision et les ondes gravitationnelles sont nos premiers beaux exemples”.

“Einstein pensait que les ondes gravitationnelles étaient trop faibles pour être détectées, et ne croyait pas aux trous noirs. Mais je ne pense pas que cela l’aurait dérangé d’avoir tort”, a déclaré le Dr Bruce Allen, directeur général de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle.

“Les détecteurs avancés LIGO sont un… tour de force de la science et de la technologie, rendu possible par une équipe internationale vraiment exceptionnelle de techniciens, d’ingénieurs et de scientifiques “, a déclaré le Dr David Shoemaker, chef de projet pour Advanced LIGO et scientifique au Massachusetts Institute of Technology.

Les résultats ont été publiés en ligne aujourd’hui dans le journal Physical Review Letters.

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