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 1915 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
Toute masse en mouvement accéléré produit en principe des ondes gravitationnelles, comme une charge électrique accélérée produit des ondes électromagnétiques. En pratique, seuls les phénomènes les plus extrêmes — fusions de trous noirs, fusions d’étoiles à neutrons, supernovas asymétriques — produisent des ondes suffisamment intenses pour être détectables. Les ondes voyagent à la vitesse de la lumière et étirent puis compriment l’espace dans toutes les directions perpendiculaires à leur propagation.
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 purement gravitationnelle — 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, la fusion de deux étoiles à neutrons (GW170817) a été observée simultanément en ondes gravitationnelles et en lumière par les télescopes du monde entier. Ce premier événement multi-messager a permis de confirmer que la fusion d’étoiles à neutrons est une source majeure d’éléments lourds (or, platine, uranium) dans l’univers. Cette époque inaugure une nouvelle ère de l’astronomie où plusieurs canaux d’information sont combinés.
Les détecteurs actuels et futurs
Les détecteurs LIGO (USA), Virgo (Italie) et KAGRA (Japon) sondent régulièrement le ciel pour capter ces signaux infimes. Le futur détecteur spatial LISA, prévu pour les années 2030, pourra détecter des ondes à plus basse fréquence et observer les fusions de trous noirs supermassifs au cœur des galaxies.
Le saviez-vous ?
L’onde gravitationnelle GW150914 a fait osciller les bras de 4 km du détecteur LIGO de seulement 10 puissance -18 mètres — soit un dix-millième du diamètre d’un proton. C’est l’une des mesures les plus précises jamais réalisées dans toute l’histoire de la science.
Questions fréquentes
Les ondes gravitationnelles voyagent-elles plus vite que la lumière ?
Non. Elles voyagent exactement à la vitesse de la lumière dans le vide, comme l’a confirmé la détection simultanée de GW170817 en ondes gravitationnelles et en lumière — les deux signaux sont arrivés à deux secondes d’intervalle après un voyage de 130 millions d’années-lumière.
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.