Onde gravitationnelle

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de la trame de l’espace-temps lui-même, produites par les mouvements accélérés de masses cosmiques. Prédites par Albert Einstein en 1916 dans le cadre de la relativité générale, elles n’ont été détectées directement qu’en 2015, ouvrant une nouvelle façon d’observer l’univers radicalement différente de l’astronomie traditionnelle basée sur la lumière.

Comment se forment les ondes gravitationnelles

Une distribution de masse qui évolue de manière non sphérique peut émettre des ondes gravitationnelles ; toute accélération ne suffit pas. Les systèmes binaires compacts et certaines explosions asymétriques sont des sources importantes. En relativité générale, les ondes se propagent à la vitesse de la lumière et produisent des déformations transversales, étirant une direction pendant qu’elles en compriment une autre.

La première détection : GW150914

Le 14 septembre 2015, les détecteurs LIGO aux États-Unis ont enregistré pour la première fois un signal d’onde gravitationnelle. Il s’agissait de la fusion de deux trous noirs de 36 et 29 masses solaires, survenue il y a 1,3 milliard d’années. L’énergie libérée par cet événement sous forme d’ondes gravitationnelles équivalait à 3 masses solaires converties en pure énergie. Cette détection a valu le prix Nobel de physique 2017.

L’astronomie multi-messager

En 2017, GW170817 a été le premier événement détecté à la fois en ondes gravitationnelles et par des signaux électromagnétiques. L’astronomie multi-messager existait déjà, notamment avec les neutrinos de SN 1987A. La kilonova associée a apporté des indices sur la production d’éléments lourds par capture de neutrons ; du strontium a été identifié dans ses données en 2019.

Les détecteurs actuels et futurs

LIGO, Virgo et KAGRA observent ces phénomènes depuis le sol. Le projet spatial LISA vise des fréquences plus basses et notamment des systèmes de trous noirs massifs. Lors de son adoption par l’ESA en janvier 2024, son lancement était prévu en 2035 : ce jalon est un calendrier prévisionnel daté, pas une garantie.

Le saviez-vous ?

Pour GW150914, la déformation relative mesurée était de l’ordre de 10 puissance -21. Rapportée à un bras de 4 kilomètres, cela correspond à une variation de longueur de quelques 10 puissance -18 mètres. Cette mesure interférométrique exige de distinguer le signal des nombreux bruits de l’instrument et de son environnement.

Questions fréquentes

Les ondes gravitationnelles voyagent-elles plus vite que la lumière ?

La relativité générale prévoit la vitesse de la lumière dans le vide. Pour GW170817, le sursaut gamma est arrivé environ 1,7 seconde après le signal gravitationnel. Cette comparaison contraint très fortement une éventuelle différence de vitesse, mais doit tenir compte du retard possible à l’émission : elle ne mesure pas une égalité mathématiquement exacte.

Peut-on bloquer les ondes gravitationnelles ?

Pratiquement non. Contrairement aux ondes électromagnétiques, les ondes gravitationnelles traversent toute matière sans être absorbées de façon significative. C’est leur faible interaction avec la matière qui les rend si difficiles à détecter, mais aussi qui en fait des messagers idéaux des événements les plus extrêmes de l’univers.

Les ondes gravitationnelles peuvent-elles être dangereuses ?

Non. Même les ondes les plus intenses jamais détectées, provenant de fusions cosmiques cataclysmiques, étaient si atténuées par la distance qu’elles produisaient des déformations imperceptibles à toute échelle macroscopique.