Début 2016, une collaboration internationale de physiciens a enregistré des ondes gravitationnelles pour la première fois dans l'histoire de l'humanité. Les ondes ont été générées par la fusion de deux trous noirs et ont été détectées à l'aide d'un détecteur-interféromètre spécial LIGO, situé aux États-Unis. Que sont les ondes gravitationnelles, pourquoi a-t-il fallu un siècle pour les découvrir et quel est le rôle des scientifiques russes à cet égard? Le chef de l'Observatoire astronomique de l'ISU, directeur scientifique du planétarium d'Irkoutsk Sergei Yazev en a parlé à "Oblastnaya".
- Il y a cent ans, Albert Einstein a achevé ses travaux sur la théorie générale de la relativité. La théorie, nouvelle à l'époque, a permis l'existence de soi-disant ondes gravitationnelles, qui surgissent constamment et partout. Un exemple simple: nous agitons la main, les ondes gravitationnelles divergent de la main. Mais la gravité est la force la plus faible de la nature et deux facteurs sont nécessaires pour fixer les ondes gravitationnelles. Premièrement, il doit y avoir un événement puissant dans lequel des masses gigantesques sont impliquées, par exemple, la fusion d'étoiles entre elles, la chute d'une étoile sur une autre, ou quelque chose de similaire. Et deuxièmement, nous avons besoin d'un équipement incroyablement sensible qui enregistrerait le signal de cet événement sur Terre.
L'idée de savoir comment enregistrer les ondes gravitationnelles existe depuis des décennies. Les physiciens ont parfaitement compris ce qu'il fallait faire, mais les technologies nécessaires n'existaient tout simplement pas depuis longtemps. Le détecteur d'interféromètre LIGO basé aux États-Unis, qui détecte les signaux d'ondes gravitationnelles, a été conçu en 1992. Pendant longtemps, les physiciens n'ont rien pu réparer, car l'installation manquait de sensibilité. Le fait est que les ondes gravitationnelles sont, en fait, les vibrations d'une certaine entité, que les physiciens appellent «l'espace-temps». Cela signifie, par exemple, que la distance entre deux éléments de l'installation peut commencer à fluctuer, car l'espace lui-même change ses propriétés. Il s'est avéré que la sensibilité requise de l'appareil dépassait les limites de la perception réelle - l'amplitude des oscillations devrait être environ 10 mille fois inférieure,que la taille du noyau atomique. C'est une précision fantastique. L'année dernière, l'installation a été modernisée, après quoi il a été possible d'enregistrer un signal des profondeurs de l'Univers concernant un événement extrêmement puissant - la fusion de deux trous noirs. Cela s'est produit il y a un milliard trois cent millions d'années, et seulement le 14 septembre de l'année dernière, ses échos ont atteint la Terre. Grâce au sursaut gamma enregistré simultanément, il est devenu clair qu'il ne s'agissait pas de bruit aléatoire. Les experts vérifient le résultat depuis très longtemps et ce n'est qu'en février qu'ils ont risqué d'informer le monde qu'une grande découverte avait été faite.et ce n'est que le 14 septembre de l'année dernière que ses échos ont atteint la Terre. Grâce au sursaut gamma enregistré simultanément, il est devenu clair qu'il ne s'agissait pas de bruit aléatoire. Les experts vérifient le résultat depuis très longtemps et ce n'est qu'en février qu'ils ont risqué d'informer le monde qu'une grande découverte avait été faite.et ce n'est que le 14 septembre de l'année dernière que ses échos ont atteint la Terre. Grâce au sursaut gamma enregistré simultanément, il est devenu clair qu'il ne s'agissait pas de bruit aléatoire. Les experts vérifient le résultat depuis très longtemps et ce n'est qu'en février qu'ils ont risqué d'informer le monde qu'une grande découverte avait été faite.
Sergey Arturovich, quelle est la signification de la découverte des ondes gravitationnelles pour la science?
- Les ondes gravitationnelles traversent n'importe quoi. Cela signifie que nous recevrons un nouveau type d'informations sur les processus physiques. Lors de l'événement du 14 septembre, les trois masses du Soleil, lorsque deux trous noirs ont fusionné, se sont transformées en énergie d'ondes gravitationnelles. C'est une énergie monstrueuse, donc même à une distance d'un milliard trois cent millions d'années-lumière, nous avons ressenti cet événement. Imaginez: un tremblement de l'espace qui s'est répandu dans tout l'univers.
Il est important de noter que plusieurs autres découvertes ont été faites simultanément avec l'enregistrement des ondes gravitationnelles. Premièrement, des preuves de l'existence de trous noirs ont été obtenues. Les astronomes et les astrophysiciens n'en doutaient pas, mais certains physiciens théoriciens niaient jusqu'à récemment l'existence de tels objets. Deuxièmement, il a été confirmé que les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière, ce qui était prédit en relativité générale.
Une autre découverte doit être dite. Il existe un tel concept d '«horizon des événements du trou noir». Deux trous se sont confondus, l'horizon des événements a pris une certaine forme complexe et a fluctué. Le résultat est une coquille, sous laquelle il y a déjà un trou noir, mais pas encore à l'extérieur. Cet effet - la dynamique de l'horizon des événements - a été enregistré pour la première fois lors des observations, même si personne ne s'attendait à ce type de découverte.
Des scientifiques russes ont-ils participé à une expérience d'enregistrement des ondes gravitationnelles?
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- Le détecteur-interféromètre est américain, mais l'expérience a été fournie par une équipe internationale, qui comprenait des spécialistes russes. L'installation a capté les ondes gravitationnelles elles-mêmes, mais il était nécessaire de comprendre d'où elles venaient, quel événement les avait provoquées. Donc, pour cela, le programme a utilisé des télescopes du monde entier, y compris le réseau russe de télescopes MASTER. Cependant, il était encore possible de déterminer la source des vagues à l'aide d'une technologie étrangère.
Bon nombre des fondements théoriques de l'expérience menée aux États-Unis ont été créés en Russie. Dans notre pays, l'un des pionniers de la recherche des ondes gravitationnelles était le célèbre physicien, employé de l'Université d'État de Moscou, Vladimir Braginsky.
L'astrophysicien moscovite, chef du projet MASTER, Vladimir Lipunov, avec ses collègues, a publié en 1992 un article dans lequel il était dit que le premier événement à fixer les ondes gravitationnelles serait précisément la fusion de trous noirs. En outre, on sait que des scientifiques russes ont contribué au développement de la conception du détecteur-interféromètre. En général, environ un millier de personnes, d'une manière ou d'une autre, ont participé au projet et les physiciens russes ont apporté leur contribution à la cause commune.
La découverte des ondes gravitationnelles peut-elle se qualifier pour le prix Nobel de physique?
- En général, la découverte des ondes gravitationnelles est un événement de classe Nobel. Dans la plupart des cas, les découvertes se produisent de manière inattendue. Mais au cours des dernières années, il y a eu deux exceptions où des découvertes ont été prévues et elles se sont produites. On parle du boson de Higgs, dont la découverte attendait depuis plusieurs décennies, et des ondes gravitationnelles, dont la confirmation a mis cent ans. Tous ces événements ont été prédits théoriquement, dans les deux cas la théorie s'est avérée correcte et confirmée par des observations. En 2013, le premier prix de physique est allé à François Engler et Peter Higgs. Je pense que le prix Nobel sera également décerné pour la découverte des ondes gravitationnelles.
