Après sa mise en marche en septembre 2015, le double observatoire LIGO - les observatoires à ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser à Hanford, Washington et Livingston, Louisiane - a détecté simultanément la fusion de deux trous noirs lors de la première séance de travail, bien que leur sensibilité ait été fixée à 30% de possible. La fusion de deux trous noirs 36 et 29 masses solaires découverts le 14 septembre 2015 et d'autres trous noirs à 14 et 8 masses solaires découverts le 26 décembre 2015 a fourni la première confirmation définitive et directe de l'existence d'ondes gravitationnelles. Il a fallu un siècle pour y parvenir. Enfin, la technologie a pu tester la théorie et la confirmer.
Mais la découverte de ces ondes n'est que le début: une nouvelle ère se prépare en astronomie. Il y a 101 ans, Einstein a proposé une nouvelle théorie de la gravité: la relativité générale. En même temps, la réalisation est venue: les masses éloignées n'attirent pas instantanément des masses similaires dans tout l'univers, cette présence de matière et d'énergie déforme le tissu de l'espace-temps. Cette toute nouvelle image de la gravité a entraîné toute une série de conséquences inattendues, y compris la lentille gravitationnelle, un univers en expansion, la dilatation du temps gravitationnel et - comme nous le savons maintenant avec certitude - l'existence d'un nouveau type de rayonnement: les ondes gravitationnelles. Lorsque les masses se déplacent ou s'accélèrent les unes par rapport aux autres dans l'espace, la réaction de l'espace lui-même crée des ondulations. Cette ondulation se déplace dans l'espace à la vitesse de la lumière et, par conséquent, tombe dans nos détecteurs,nous informe d'événements lointains par ondes gravitationnelles.
Il est plus facile de détecter les objets qui émettent des signaux puissants, à savoir:
- grandes masses, - situés à une petite distance entre eux, - rotation rapide, Vidéo promotionelle:
- avec des orbites très changeantes.
Les meilleurs candidats sont évidemment des objets en collision, qui s'effondrent comme des trous noirs et des étoiles à neutrons. Nous devons également garder à l'esprit la fréquence à laquelle nous pouvons détecter ces objets, qui sera approximativement égale à la longueur du chemin du détecteur (longueur du bras multipliée par le nombre de réflexions) divisée par la vitesse de la lumière.
LIGO, avec ses bras de 4 kilomètres avec des milliers de reflets de lumière, peut voir des objets à des fréquences de l'ordre de la milliseconde. Cela inclut la fusion des trous noirs et des étoiles à neutrons au stade final de la fusion, ainsi que des événements exotiques tels que les trous noirs ou les étoiles à neutrons qui consomment une grande quantité de matière et gargouillent, devenant plus sphériques. Une supernova hautement asymétrique peut également créer une onde gravitationnelle; il est peu probable que l'effondrement du noyau frappe les détecteurs d'ondes gravitationnelles, la fusion d'étoiles naines blanches à proximité pourrait bien.
Nous avons déjà vu fusionner des trous noirs avec des trous noirs, et à mesure que LIGO s'améliore, il est raisonnable de supposer qu'au cours des prochaines années, nous aurons la première génération d'estimations des trous noirs de masses stellaires (de quelques à une centaine de masses solaires). LIGO doit également trouver des fusions d'étoiles à neutrons avec des étoiles à neutrons; lorsque les observatoires auront atteint leur sensibilité prévue, ils pourront observer trois à quatre événements par mois, si nos estimations de leur fréquence de fusion et de leur sensibilité au LIGO sont correctes.
Les supernovae asymétriques et le bouillonnement de trous de neutrons exotiques seront extrêmement intéressants à détecter (si possible, car on pense qu'il s'agit d'événements rares). Mais les plus grandes avancées sont à prévoir avec plus de détecteurs. Lorsque le détecteur VIRGO en Italie commencera à fonctionner, un positionnement réel sera possible grâce à la triangulation: nous pourrons déterminer avec précision où ces événements sont nés dans l'espace, puis effectuer des mesures optiques. VIRGO sera suivi d'interféromètres à ondes gravitationnelles au Japon et en Inde. Dans quelques années, notre vision du ciel des ondes gravitationnelles atteindra un nouveau niveau.
Mais nos plus grands succès commenceront lorsque nous apporterons nos ambitions d'ondes gravitationnelles dans l'espace. Dans l'espace, vous n'êtes pas limité au bruit sismique, aux accidents de camions ou à la tectonique des plaques; seulement un vide d'espace calme en arrière-plan. Vous n'êtes pas limité par la courbure de la Terre, la longueur possible des bras de l'observatoire; il est possible de lancer l'observatoire plus loin de la Terre ou même en orbite autour du Soleil. Nous pourrions mesurer des objets non pas pendant des millisecondes, mais pendant des secondes, des jours, des semaines ou plus. Nous avons pu détecter des ondes gravitationnelles à partir de trous noirs supermassifs, y compris les plus grands objets connus de l'univers.
Enfin, si nous construisons un observatoire spatial suffisamment grand et suffisamment sensible, nous pourrions voir les ondes gravitationnelles laissées par le Big Bang lui-même. Nous pourrions détecter directement les perturbations gravitationnelles de l'inflation cosmique et non seulement confirmer notre origine cosmique, mais aussi prouver que la gravité elle-même est une force quantique de la nature. Après tout, ces ondes gravitationnelles inflationnistes n'auraient pas pu apparaître si la gravité elle-même n'était pas un champ quantique.
Il y a actuellement un débat en cours sur la mission de la NASA qui sera une priorité dans les années 2030. Si de nombreuses missions intéressantes sont proposées, la construction d'un observatoire spatial d'ondes gravitationnelles en orbite autour du soleil mérite d'être signalée. Nous avons la technologie, nous avons prouvé sa maniabilité, nous avons confirmé l'existence des vagues. L'avenir de l'astronomie des ondes gravitationnelles n'est limité que par ce que l'univers lui-même peut nous fournir et par combien nous y consacrerons. L'apogée d'une nouvelle ère a déjà commencé. La question reste de savoir dans quelle mesure ce nouveau domaine de l'astronomie brillera.
ILYA KHEL
