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Les ondes gravitationnelles découvertes grâce à deux trous noirs

Les ondes gravitationnelles découvertes grâce à deux trous noirs

Le 14 septembre 2015, à 11 h 51, pour la première fois, les deux interféromètres LIGO situés aux Etats-Unis ont enregistré le passage d'une onde gravitationnelle.

Cette infime déformation de l'espace-temps a été détectée avec 7 millisecondes d'écart par les deux instruments séparés par 3000 kilomètres. De sorte que sa réalité ne fait aucun doute. Le signal est d'ailleurs parfaitement en accord avec ce que les théoriciens attendaient dans le cas de la fusion de deux trous noirs. Ceux qui ont été observés avaient des masses respectives de 29 et 36 fois la masse du Soleil.

La forme du signal complexe détecté par LIGO montre que les deux objets finissent pas n'être plus qu'à quelques centaines de kilomètres l'un de l'autre. Or seuls des trous noirs permettent d'expliquer une telle masse confinée dans une si petite zone de l'espace.

Les scientifiques désignent ces trous noirs sous l'appellation GW150914. Le résultat de la fusion des deux trous noirs est un nouveau trou noir d'une masse de 62 masses solaires et non pas 65 comme on pourrait s'y attendre. Les 3 masses solaires manquantes sont précisément celles qui ont été dissipées sous la forme d'énergie gravitationnelle. La quantité d'énerige libérée est collossale, elle répond à la fameuse loi d'Einstein E=MC² (l'énergie vaut la masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière).

Pas de contrepartie visible

La direction dans laquelle se situe le trou noir n'est pas connue précisément, la zone d'incertitude fait la taille d'une grande constellation(600 degrés carré), soit un peu plus de 1% de la taille de la voute céleste.

Le programme de détection a alerté les chercheurs quelques minutes après le passage de l'onde. Sous quelques heures, les chercheurs ont partagé entre eux l'alerte par mail.

C'est seulement deux jours plus tard, ils ont lancé l'alerte à une vingtaine d'observatoires suceptibles d'identifier la source dans différents domaines de longueur d'onde, des rayons X, aux rayons gamma.

Hélas, rien n'a été identifié. "En fait, nous ne savons pas à quoi nous attendre, il est possible que dans le cas de trous noirs il n'y ait aucune contrepartie visible, car ils ont fait le ménage autour d'eux, il n'y a plus de disque de matière autour d'eux", nous a précisé Eric Chassande-Mottin du laboratoire AstroParticules et Cosmologie de Paris 7. En revanche les chercheurs s'attendent à pouvoir observer des contreparties lorsqu'il s'agit d'une collision impliquant une naine blanche. Celles-ci pourraient expliquer les sursauts gamme très brefs.

A terme lorsque VIRGO sera opérationel à la fin de l'année, la localisation dans le ciel sera plus précise. Mais les chercheurs devrons aussi être plus réactifs pour lancer l'alerte. Là ils ont clairement été pris de court. En fait, le début officiel des opérations de LIGO avait lieu le 18 septembre. La détection a donc eu lieu 4 jours avant ! "Heureusement l'instrument avait une stabilité nominale depuis le 12 septembre", rassure Nicolas Leroy de l'IN2P3.

Un effet infime
Sur son passage l'onde gravitationnelle générée par ce cataclysme cosmique a déformé l'espace-temps. Ainsi, la Terre a de manière très éphémère été légèrement distordue. C'est cette distorsion que LIGO a détecté. Mais sur la longueur de l'instrument (deux bras de 4 km), la déformation n'a pas excédé la moitié du diamètre d'un proton. "Nous sommes capables de mesurer des déplacements de l'ordre d'un milliards de fois plus petits que la taille d'un atome", a souligné Benoit Mours du laboratoire de physique des particules d'Annecy.

Compte tenue de la précision de l'interféromètre, le signal enregistré ne fait aucun doute.
Cent ans après la théorie de la relativité générale publiée par Einstein, l'une de ses prédictions a donc été vérifiée. Cette observation ouvre la voie à une nouvelle astronomie qui va étudier les trous noirs et les astres compacts comme les étoiles à neutrons par un autre biais que celui des rayonnements électromagnétiques. Les chercheurs n'hésitent pas à parler d'une révolution dans le domaine de l'observation comparable à la première utilisation d'une lunette par Galilée, il y a 400 ans. C'est véritablement une nouvelle fenètre sur l'univers, et maintenant que les instruments sont au point, les découvertes devraient s'enchainer.


http://www.cieletespace.fr/node/20841

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