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SCIENTIF’HIC – La découverte des ondes gravitationnelles noires

Par Elèves des SERIES SCIENTIFIQUES | Publié le 17/10/2017 à 21:00 | Mis à jour le 25/10/2017 à 11:28
ondes gravitationnelles

Ce n'est que très récemment que des enregistrements ont pu apporter la preuve de la théorie de la relativité qu'exposait il y a tout juste un siècle Albert Einstein. Nous savions déjà que le temps était relatif, voici la preuve que les dimensions des objets le sont aussi...

Une onde gravitationnelle est une onde qui se propage dans le tissu élastique de l’espace-temps. Pour comprendre leur principe, prenons un drap que nous attacherons à des poteaux de façon à ce qu’il soit plat sans rien en dessous. Ce drap serait l’espace. Si nous posons sur lui un objet ayant une masse, comme une boule de pétanque, « l’espace » (dans ce cas, le drap) sera déformé. Plus la masse de l’objet est grande, plus l’espace est déformé.

sciences ondes gravitationnelles relativité

Les ondes gravitationnelles sont produites lorsque qu’un objet se déplace dans l’espace. Tout objet avec une masse ou de l’énergie peut produire des ondes gravitationnelles. Pourtant, à notre échelle, les déformations créées dans l'espace sont trop faibles pour être détectées. Il faudrait que des objets de masse immense se déplacent à de grandes vitesses pour produire des ondes gravitationnelles détectables.

Un peu dhistoire et de théorie

Ces ondes ont été théorisées, prédites et décrites par le physicien allemand Albert Einstein entre 1916 et 1918 dans sa théorie de la relativité générale. A travers cette théorie, Einstein explique que la forme de l’espace dépend de la matière qui s’y loge puisque la matière déforme cet espace. De ce fait, toute accélération de masse devrait modifier la forme de l'espace, et ceci se manifestant par une « vague » qui parcourt le Cosmos tout entier : l’onde gravitationnelle. Ainsi, en théorie, tout objet qui se trouve sur le trajet d’une onde gravitationnelle voit sa longueur varier : tout se passe comme si l’espace entre les atomes de ses molécules se distendait puis se resserrait (dilatation, compression).

Mais ce n’est que récemment, le 14 septembre 2015, que nous avons pu, pour la première fois, détecter et enregistrer des ondes gravitationnelles. Et ainsi prouver la théorie d’Einstein. Un an plus tard, le 11 février 2016, un nouvel enregistrement a confirmé le phénomène.

"Pour la première fois, des scientifiques ont observé des ondulations de l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles, produites par un événement cataclysmique dans l'Univers lointain atteignant la Terre après un long voyage". – Alain Fuchs, directeur du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique)

Un événement extraordinaire !

Ligo (aux Etats-Unis) et Virgo (en Italie) sont des observatoires destinés à détecter et enregistrer des déformations de l'espace-temps, comme c'est le cas pour les ondes gravitationnelles.

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Les ondes détectées lors de l’enregistrement en question proviennent de la fusion de deux trous noirs d’environ 30 fois la masse de notre soleil, un évènement qui s’est produit à quelque 1,3 milliard d’années-lumière de nous. Le résultat de la fusion des deux astres est un nouveau trou noir d'une masse de 62 masses solaires, et non 65 masses solaires comme on pourrait s'y attendre.

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Les 3 masses solaires manquantes sont précisément celles qui ont été dissipées sous la forme d'énergie gravitationnelle. La quantité d'énergie libérée est colossale, elle répond à la fameuse loi de conversion énergie masse d'Einstein E=mc².

20 ans de recherche scientifique

Pour mesurer une si minuscule variation de distance, les chercheurs ont construit depuis vingt ans des « amplificateurs » géants. Ligo est ainsi fait de deux tunnels perpendiculaires de quatre kilomètres de long chacun. A l’intérieur, on utilise un rayon laser séparé en deux faisceaux qui sont parfaitement synchronisés entre eux et effectuent des dizaines d’allers-retours entre des miroirs. A la sortie, ils sont recombinés afin de vérifier leur synchronisation. En déformant l’espace-temps, les ondes gravitationnelles vont déphaser les lasers. Le déphasage produit une oscillation de la lumière sur un détecteur, trahissant le passage des ondes gravitationnelles.

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Cette déphasage est très faible : de l’ordre d’une variation du dix millième de la taille d’une particule élémentaire (environ 10^-19 m). Autrement dit, comme si l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure, située à plus de quatre années-lumière de la Terre, se rapprochait de nous d’un demi-diamètre de cheveu !

Cette découverte, si théorique qu'elle soit, si abstraite qu'elle puisse être, vient compléter les preuves de la théorie de la relativité générale  d'Einstein. L'Univers dans lequel nous vivons est si mystérieux et si immense que cette découverte ne fait que nous confirmer les limites de nos connaissances sur celui-ci. Nous savions déjà que le temps était relatif, voici la preuve que les dimensions des objets le sont aussi...

Luke FLOUR – Terminale S

 

 

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