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  • Les vagues du tissu de l’Espace-Temps ont été détectées

    Posté le 14 février 2016

    Ondes_gravitationnelles

    Un siècle après leur prédiction par Albert Einstein, les ondes gravitationnelles ont finalement été détectées.

    La théorie de la relativité générale de Einstein prédit que tout évènement cosmique qui perturbe le tissu de l’Espace-Temps avec suffisamment de force devrait produire des ondulations gravitationnelles qui se propagent dans l’Univers.

    Vous pouvez penser à ces ondes comme à des vagues que l’on peut observer à la surface d’un étang lorsqu’on y jette une pierre par exemple.
    Mais ce qui est assez incroyable c’est que le tissu de l’Espace-Temps (ou l’Espace pour parler plus simplement) n’est pas une substance. On ne détecte pas le tissu de l’Espace-Temps, on détecte seulement l’attraction gravitationnelle dûe à la présence de masses qui déforment l’Espace. Et l’on vient de détecter des ondes gravitationnelles car elles ont provoqué une déformation ponctuelle de l’Espace que les instruments des interféromètres laser jumeaux appelés LIGO ont pu observer.

    « Comment donner un sens à quelque chose qui semble n’être rien ? L’Espace est l’un des plus grands mystères de la physique » – Lisez « Qu’est-ce que l’Espace ? » pour en savoir plus

    La Terre devrait être inondée de ces ondes mais, le temps qu’elles nous atteignent, elles s’affaiblissent beaucoup trop pour être détectables.

    C’est le 11 février dernier que les physiciens du LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ont révélé que leurs détecteurs ont observé des ondes gravitationnelles provenant de la collision de 2 trous noirs situés à 1,3 milliards d’années-lumière de la Terre.
    L’un des trous noirs est d’environ 36 masses solaires et le 2ème de 29 masses solaires. Leur collision les a fait fusionner en un seul trou noir de 62 masses solaires.

    Cette découverte a été faite avant même que la version améliorée de LIGO (Advanced LIGO) entre officiellement en service. C’est le 14 septembre 2015 à 11h50 heure française que Marco Drago du Max Planck Institute for Gravitational Physics de Hanovre (Allemagne) a observé un étrange signal (GW150914) sur son ordinateur. Le logiciel qui analyse les données en temps réel indiquait que les 2 interféromètres avaient observé une onde ressemblant au gazouillis d’un oiseau avec une fréquence qui augmentait rapidement.

    Dans l’heure qui a suivie, le physicien Bruce Allen (patron de Marco Drago) a été informé de cette détection. L’enregistrement semblait trop beau pour être vrai.
    Si beau qu’il a cru que c’était dû à des “blind injections” : par le passé, quelques scientifiques de l’équipe LIGO ont testé la capacité du groupe à valider une découverte potentielle en insérant secrètement de fausses ondes gravitationnelles dans le flux de données pour voir si l’équipe pourrait faire la distinction entre vrais et faux signaux. Mais la détection de septembre s’est produite avant que ces fausses injections soient faites.

    C’était une oscillation qui commençait à 35 Hz pour ensuite rapidement s’accroitre à 250 Hz qui est devenu chaotique avant de disparaitre. Le tout pendant 1/4 de seconde. Les 2 détecteurs l’ont observée presque en même temps : Livingston en premier et Handford 7 millisecondes plus tard. Ce délai est une indication de la manière dont les ondes se sont propagées à travers la Terre.

    Qu’est-ce que LIGO ?

    LIGO est un interféromètre laser dédié à la détection des ondes gravitationnelles. C’est un projet de Caltech (California Institute of Technology) et du MIT (Massachusetts Institute of Technology) financé par la NSF (National Science Foundation). Il consiste en 2 interféromètres situés à 2 endroits des Etats-Unis. Le premier se situe à Hanford (Washington) et le 2ème à Livingston (Louisianne).
    Les fondateurs de ce projet sont Kip Thorne et Ronald Drever de Caltech ainsi que Rainer Weiss du MIT

    LIGO Livingston
    LIGO-Livingston

    LIGO Hanford
    LIGO-Hanford

    Comment LIGO détecte les ondes gravitationnelles ?

    Advanced LIGO peut détecter de minuscules étirements et compressions de l’Espace-Temps (d’environ 1/10000ème le diamètre d’un proton). Pour ce faire, les interféromètres jumeaux font rebondir des faisceaux laser entre des miroirs situés aux extrémités de 2 tunnels perpendiculaires de 4 km de long. Lorsqu’une onde gravitationnelle passe à travers elle modifie la longueur de l’un des bras, ce qui provoque une légère désynchronisation du laser.

    LIGO-Signal
    Les 2 premiers graphiques montrent les données reçues au LIGO de Livingston et de Hanford, ainsi que les formes prédites de l’onde. Ces formes d’onde prédites montrent ce à quoi devrait ressembler la fusion de 2 trous noirs selon les équations de la théorie de la relativité générale de Einstein en tenant compte du bruit de l’instrument qui est toujours présent. Comme le révèlent ces graphiques, les données de LIGO correspondent de très près aux prédictions de Einstein.
    Le dernier graphique compare les données des 2 détecteurs. Les données de Hanford ont été inversées pour la comparaison, pour tenir compte des différences d’orientation des détecteurs sur les 2 sites. Les données ont également été décalées pour prendre en compte le temps de propagation du signal des ondes gravitationnelles entre Livingston et Hanford (le signal a d’abord atteint Livingston et ensuite s’est dirigé vers Hanford à la vitesse de la lumière – en 7 millièmes de seconde). Comme le montre le graphique, les 2 détecteurs ont bien observé le même évènement, confirmant ainsi la détection.

    Les scientifiques du LIGO ont réalisé une série de vérifications minutieuses pour s’assurer que le signal était bien réel et signifiait bien ce qu’ils pensaient qu’il signifiait.

    Le début d’une nouvelle ère dans l’observation de notre Univers

    Cette découverte ouvre une nouvelle ère dans l’observation de notre Univers :
    Jusqu’à maintenant on observait l’Univers grâce aux ondes électromagnétiques qui comprennent la lumière visible, les ondes radio, micro-ondes, infrarouges, ultraviolettes, les rayons X et les rayons gamma. Maintenant on va pouvoir observer notre Univers par l’intermédiaire des ondes gravitationnelles.

    Il y en a un qui doit être heureux des progrès que l’on a fait dans notre quête pour percer les mystères de l’Univers
    Albert_Einstein

    Source : LIGO et Nature

     

    2 réponses à “Les vagues du tissu de l’Espace-Temps ont été détectées” Icône RSS

    • Merci infiniment pour votre excellent travail de vulgarisation scientifique, puisque c’est ainsi que cela s’appelle…
      Vous réussissez à rendre compréhensibles des travaux parmi les plus pointus, intellectuellement parlant, sans pour autant en dénaturer le contenu, il s’agit d’une véritable gageure qui n’a que très peu d’équivalences, toutes plateformes linguistiques confondues…
      Puisque un nouveau paradigme d’observation passe désormais d’une situation théorique à une réalité tangible, un article de fond sur les développement que cette découverte va permettre de fantasmer serait très apprécié.
      Cordialement,
      Roger Jourdan

    • Merci à vous pour ce message : c’est très encourageant pour moi et ça me donne la motivation de continuer à écrire.
      Et vous avez raison. Ce sujet mérite au moins un autre article qui explique ce à quoi on peut s’attendre.
      Merci encore !


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