Les dernières informations sur les ondes gravitationnelles bouleversent les physiciens et voilà pourquoi

Atlantico : Depuis peu, le monde scientifique a de quoi se féliciter de ce qui ressemble à une première : une large collaboration de chercheurs internationaux vient de déclarer avoir détecté des ondes gravitationnelles d'un genre nouveau. Que sait-on, pour commencer, des ondes gravitationnelles ? Qu'ont-elles  de si particulier pour que d'aucuns parlent même d'une "révolution" en matière d'astronomie ?

 Anna Alter : Albert Einstein le premier a postulé, au début du siècle dernier, l’existence d’ondes gravitationnelles qui font vibrer l’Univers dans son immensité mais le grand savant lui-même a eu du mal à y croire et a changé plusieurs fois d’avis. Les ondes gravitationnelles découlent pourtant directement de sa théorie de la relativité générale qui gouverne le cosmos où les astres se déplacent dans l’espace-temps comme sur un drap tendu invisible qu’ils déforment et en remuant font des vagues d’autant plus hautes qu’ils sont plus massifs. Facile à dire, mais difficile à détecter. Il a fallu attendre cent ans et des instruments aussi sophistiqués  que les deux détecteurs jumeaux LIGO installés aux Etats-Unis pour les observer pour la première fois le 14 septembre 2015, à 11 heures 51 précise (heure de Paris). Depuis, on en a vu d’autres de ces ondulations de l’espace-temps produites par des phénomènes cataclysmiques, des minivagues à la pelle donnant une nouvelle vision de l’Univers qui se révèle encore beaucoup plus violent qu’on n’imaginait. « Quand, il y a huit ans, j’ai appris que des ondes gravitationnelles avaient été détectées, j’ai eu le mal de mer. Mai le rapport du mois dernier qui indique que le cosmos est traversé par des ondes gravitationnelles à basse fréquence m’a fait trembler » confie dans sa tribune du Washington Post la chercheuse Katie Makie, de l’Institut Périmètre de physique Théorique et elle ne plaisante qu’à moitié. En effet, les premières ondes gravitationnelles détectées proviennent d’une collision de trous noirs s’entrechoquant à un milliard d’années-lumière de chez nous, une bataille entre deux géants invisibles qui ne nous touchent que de très loin… Mais en juin dernier, les astronomes ont annoncé qu’ils avaient enregistré une sorte de bourdonnement à basse fréquence en provenance de danses macabres de cadavres d’étoiles à frotti frotta, trous noirs ou étoiles à neutrons qui en se serrant de trop près fusionnent et libèrent des ondes gravitationnelles sous notre nez…

Les signaux captés, semble-t-il, proviennent de trous noirs. Pour les identifier, les astronomes ont eu recours à des astres bien spécifiques : les pulsars. De quoi s'agit-il, exactement ?sont Pourquoi ne pas avoir fait appel à des outils plus traditionnels ?

Les trous noirs comme chacun sait sont invisibles et on ne les observe que par l’effet qu’ils produisent sur leur entourage. Les pulsars sont des cadavres encore chauds d’étoiles relativement massives, un dé à coudre de leur matière devrait peser  un milliard de tonnes, leur diamètre est d’à peine 15 kilomètres et ils tournent comme des toupies sur eux-mêmes faisant parfois plusieurs tours par seconde… Souvent en couple avec un trou noir qui est aussi un cadavre d’une étoile beaucoup plus massive encore, un pulsar envoie à la manière d’un phare des ondes électromagnétiques dans notre direction et se fait bien voir. Les partenaires unis par la gravitation de leur vivant continuent à se tourner autour même après leur mort, exécutant la danse macabre que j’évoquais plus haut et à force de se serrer de près finissent par fusionner et, en pliant sous eux le drap invisible de l’espace-temps, créent des ondes gravitationnelles qui voyagent dans le vide intersidéral à la vitesse de la lumière sans en émettre le moindre rayon, donc sont impossibles à détecter autrement qu’avec des instruments spécifiques comme les interféromètres internationaux LIGO et Virgo. Les outils traditionnels sont prévus pour capturer la lumière des objets célestes lointains, c’est-à-dire des ondes électromagnétiques. En clair, il faut savoir que les charges électriques en mouvement émettent des ondes électromagnétiques, les masses en bougeant des ondes gravitationnelles et les deux sortent d’ondes émises par les objets célestes nous renseignent sur ce qui se passe au fin fond du ciel…

Qu'est-ce que ces découvertes laissent envisager pour l'avenir de la recherche et de l'astronomie ? Dans quelle mesure peut-on espérer de nouvelles percées comparables ?

Tout ce qu’on sait sur l’univers nous a été livré jusqu’à présent par nos yeux et des instruments classiques qui captent la lumière au sens large, c’est à dire des ondes électromagnétiques de différentes longueurs d’onde, allant des ondes radio jusqu’aux  rayons gamma, en passant par l’infrarouge, le visible, l’ultraviolet et les rayons X… Il y a aussi les informations qu’apportent bon an mal an les rayons cosmiques et les neutrinos qui n’interagissent avec rien ni personne, les seconds, particules fantômes permettant de sonder difficilement le cosmos… Les ondes gravitationnelles ont  ouvert une nouvelle fenêtre sur l’Univers… On peut désormais voir des phénomènes jusque-là invisibles et une face sombre de notre monde...

Que disent ces découvertes de la façon dont s'est possiblement construit notre univers ?

Déjà, il va falloir déterminer l’origine exacte de ce bourdonnement... ensuite on pourra spéculer. Il est donc trop tôt pour dire ce que les astronomes vont découvrir, d’ailleurs ils trouvent rarement ce qu’ils cherchent. La science réserve toujours des surprises.