Les ondes gravitationelles

Kip Thorne, Rainer Weiss et Bary Barish. Trois noms qui parlent sans doute à ceux qui ont suivis les prix Nobel 2017 : ces hommes ont été récompensé en physique pour la première découverte expérimentale des ondes gravitationnelles, ou OG. Mais que sont ces fameuses ondes gravitationnelles ? Pour répondre à cette question, il faut tout d’abord être d’accord sur la signification physique de la gravité. Bien qu’encore enseignée avant le bac, la théorie de Newton n’est aujourd’hui plus d’actualité et la piste privilégiée est celle de la relativité générale d’Einstein. Il ne faut donc pas considérer la gravité comme une force qui attire les objets entre eux en fonction de leur masse, mais comme une déformation de l’espace-temps autour des objets massifs, qui influe sur le comportement des objets alentours. Une représentation très simple de la chose est de s’imaginer un calot posé sur une toile tendue, créant ainsi une déformation autour de lui qui attirera des billes plus légères qui passeraient à côté. La déformation de l’es
pace-temps est sensiblement similaire, mais en trois dimensions spatiales. L’une des choses que prédit la théorie de la relativité est que chaque objet, en plus de déformer l’espace-temps autour de lui, émet des OG qui sont de très faibles déformation gravitationnelles qui se propagent. Pour conserver notre analogie, on peut imaginer de petites vagues sur notre toile, ayant pour origine les objets posés dessus. Leur passage à travers un objet entraîne une dilatation puis une contraction dans sa hauteur et dans sa largeur du milieu traversé. Tous les corps en émettent mais les plus grandes sont produites par des objets extrêmement massifs et accélérés (comme quand deux trous noirs ou deux étoiles à neutrons se tournent autour, on appelle cela un binaire). Seulement nous avions jusque là un problème : les OG sont vraiment,
mais alors vraiment faibles. On parle d’une déformation de l’ordre de 1019 mètres pour les plus fortes lorsque l’une d’elle traverse une barre d’un
mètre de long. Totalement impossible à observer. C’est là qu’intervient l’expérience LIGO, datant de septembre 2015. L’idée est d’utiliser des lasers de même longueur d’onde, et principalement la figure d’interférence qu’ils créent en se croisant, pour amplifier les perturbations que créent les OG au niveau de la figure de diffraction. Bonne nouvelle : c’est exactement ce qu’il s’est passé. Deux installations séparées de plusieurs centaines de kilomètres confirmant qu’il ne s’agissait pas d’une erreur, nous avons assisté à la première preuve d’existence d’une OG. En l’occurrence, des analyses ont montré qu’il s’agissait d’une onde émise par un binaire de deux trous noirs de quelques dizaines de masses solaires. Cette découverte, récompensée par le Nobel de 2017, apporte la dernière pièce du puzzle de la relativité, mais surtout, elle prouve une fois de plus qu’Einstein avait vu juste, plus de 60 ans avant la concrétisation de sa théorie !

Antonin Cardinaud