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Ondes gravitationnelles: l'avenir de l'astronomie!

Par Marine Corniou - 23/02/2017


Le 11 février 2016, l’équipe des détecteurs LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) annonçait avoir observé pour la première fois des ondes gravitationnelles. Où en sommes-nous aujourd’hui? Quels sont les prochaines étapes de la recherche? C’est ce qui a été discuté lors d’une session du congrès de l’American Association for the Advancement of Science, à Boston le weekend dernier.

Pour mieux comprendre, rappelons que les ondes détectées par le LIGO, aux États-Unis, ont été produites lorsque deux trous noirs, respectivement 29 et 36 fois plus massifs que le Soleil, ont fusionné il y a 1,3 milliard d'années, en l'espace de 20 millisecondes (voir l'article ici).

Cette collision a produit des "vagues" dans l'espace-temps, qui ont atteint la Terre en 2015. C'est la première fois que de telles ondes, infiniment petites, ont pu être observées.

« Les détecter n’est pas simple. La distance entre la Terre et le Soleil est de 150 000 000 km. Si une onde gravitationnelle passe, elle ne modifiera cette distance que de 10-8 cm! », a expliqué lors de la session Takaaki Kajita de l’Université de Tokyo (qui a reçu un prix Nobel de physique en 2015 pour ses travaux sur les neutrinos).

« Sur les détecteurs LIGO, qui font environ 4 km de long, cela représente une compression ou un étirement de 10-16 cm », a-t-il précisé. Soit une différence 1/10000 fois plus petite que le noyau d’un atome!

L’exploit a été réitéré trois mois après la première observation. La collaboration LIGO/VIRGO (l’interféromètre VIRGO est situé dans les environs de Pise en Italie) a ainsi observé les effets de la fusion de deux autres trous noirs, à la distance de 1,4 milliard d'années-lumière.

Une nouvelle ère en physique

La détection de ces ondes, dont l’existence a été prédite il y a un siècle par Albert Einstein, ne marque pas la fin d’une quête, mais plutôt le début d’une nouvelle ère en physique. « Les ondes gravitationnelles sont l’avenir de l’astronomie », a déclaré sans hésiter Sarah Spolaor, professeure à l’université de West Virginia.


D’autres détecteurs devraient ainsi permettre d’observer davantage de sources d’ondes gravitationnelles dans les prochaines années, notamment le LIGO-India qui commencera ses mesures en 2024 (voir la carte du LIGO ci-contre).

Au Japon, le détecteur KAGRA est en cours de construction, et devrait entrer en service dès 2019 ou 2020.

Outre la fusion de trous noirs, ces détecteurs devraient permettre d’observer plusieurs types d’événements qui génèrent des ondes gravitationnelles. Et d’apporter des informations nouvelles sur l’Univers.

« La fusion de deux étoiles à neutrons, par exemple, nous renseignerait sur l’origine des métaux lourds dans l’Univers. Une explosion de supernova donnerait des indications sur la façon dont les étoiles finissent leur vie. Il est important d’avoir plusieurs détecteurs, car un seul ne permet pas d’obtenir d’information directionnelle sur l’événement », a ajouté Takaaki Kajita.

LISA: un détecteur spatial

Stefano Vitale, chercheur à l’université de Trento, en Italie, a présenté le projet LISA de l’Agence spatiale européenne, qui sera l’équivalent du LIGO, mais dans l’espace. « Plutôt que d’avoir des bras de 4 km de long, cet interféromètre aura l’équivalent d’un bras long de 1 million de km. Cela permettra d’observer des ondes gravitationnelles de très basse fréquence, qui durent pendant plusieurs minutes ou plusieurs heures », a-t-il expliqué.

Concrètement, LISA sera composé de 3 satellites en orbite, disposés en triangle et distants de 5 millions de km les uns des autres. Ces stations échangeront des faisceaux laser deux à deux, et la comparaison entre faisceau envoyé et faisceau reçu permettra de mesurer les changements de distance provoqués par les ondes gravitationnelles.

« Les ondes gravitationnelles de basse fréquence proviennent d’événements lointains et massifs, comme la fusion de deux galaxies ou l’avalement d’un petit trou noir par un trou noir gigantesque », a expliqué le physicien. De quoi occuper les physiciens pour les décennies à venir!

Il faudra toutefois être patient : LISA ne devrait être lancé qu’en 2029.


Image : LIGO/T. Pyle, représentation de la fusion de deux trous noirs et des ondes gravitationnelles en résultant.

 





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