Une nouvelle astronomie, née le 14 septembre 2015

Ce jour-là a été détectée la toute première bouffée d’ondes gravitationnelles résultant de la fusion de deux trous noirs à 1,5 milliard d’années-lumière. Le phénomène nommé GW150914, suivi par d’autres observations ayant eu lieu depuis(1) a ainsi ouvert un champ à l’astronomie gravitationnelle qui va permettre d’élargir notre connaissance encore trop limitée de l’Univers. Cette expérience a confirmé sans doute possible l’existence des ondes gravitationnelles prévues par la relativité générale d’Einstein dès 1915. L’annonce officielle n’a eu lieu que le 11 février 2016, après moult calculs et vérifications impliquant un millier de chercheurs du monde entier en liaison avec les trois sites majeurs qui ont réalisé physiquement les observations : deux laboratoires américains hébergeant les détecteurs LIGO et un italien ayant mis en œuvre le détecteur Virgo, de surcroît suffisamment éloignés les uns des autres. Véritable prouesse de la science en marche alliant physique, mathématique et ingénierie de haut niveau, le projet est le fruit d’une coopération ouverte entre les grands noms de la physique contemporaine pendant plus de 50 ans. Les contributions de la France y ont été à la fois théoriques du côté LIGO et techniques du côté Virgo.
Lors de ses débuts balbutiants dès les années 1960 aucune des technologies nécessaires n’existait pour mesurer les variations d’un hypothétique signal avec une précision de 10-21 (10 puissance moins 21). Tout s’est construit au fur et à mesure de par les échanges entre théoriciens de l’astrophysique et de la physique des particules chargés de valider les concepts, ingénieurs et techniciens capables de construire un système d’une extrême complexité, expérimentateurs présents pour la représentation abstraite des signaux attendus, puis leur reconnaissance formelle une fois recueillis. Une direction de projet remarquable sur le plan de l’organisation, alliée aux options retenues au fur et à mesure de son avancement se sont avérées positives : l’interférométrie dans des tubes à vide de dimension kilométrique, le laser de puissance émettant dans l’infrarouge proche, l’amortissement des moindres vibrations, l’élimination des bruits et signaux parasites etc.
Cette odyssée des ondes gravitationnelles intelligemment résumée ici est une lecture passionnante pour revoir l’histoire pleine de suspense de l’astrophysique du siècle dernier et comprendre un peu mieux le monde mystérieux de la relativité générale dans lequel elles évoluent. Parties d’une série d’équations théoriques d’Einstein, elles ont été mises en doute faute de leur trouver des solutions réalistes. L’apport des mathématiques les a rendues à la recherche active dans les années 50 pour élaborer une théorie quantique de la gravitation. Sans succès, elles sont tombées dans l’oubli pendant une vingtaine d’années jusqu’à ce dernier projet grâce auquel on les a détectées à plusieurs reprises lors de la coalescence de deux trous noir d’abord, de deux étoiles à neutrons quelques mois plus tard. L’astronomie gravitationnelle qui débute est de nature à « bouleverser encore une fois notre vision du monde ».
(1) Pour Gravitational Waves 2015 september 14, une symbolique analogue étant adoptée pour les détections suivantes d’ondes gravitationnelles.

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  Les Ondes gravitationnelles

  de Deruelle, Nathalie Lasota, Jean-Pierre
  Odile Jacob
  ISBN : 9782738143341 ; EUR 25,00 ; 14/03/2018 ; 336 p. ; Broché

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