Il n'aura pas fallu longtemps pour que Raider Weiss, Barry C. Barish et Kip S. Thorne soient récompensés du prix Nobel de physique pour leur découverte. Seulement deux ans. Il faut dire que c'est un vrai chamboulement: la première observation expérimentale directe des ondes gravitationnelles.
Mais de quoi parle-t-on au juste? Prédites par Einstein il y a un siècle, ces ondes sont une des pierres angulaires de sa théorie de la relativité générale (le fait que les objets courbent l'espace-temps en fonction de leur masse). "L'observation de ces ondes est une preuve expérimentale de cette théorie", expliquait en 2015 au HuffPost Jean Audouze, astrophysicien à l'Institut d'astrophysique de Paris.
Comme un caillou dans un étang
Les ondes gravitationnelles sont théoriquement émises par tout corps physique lors de ses mouvements, en fonction de sa masse. C'est en fait un peu comme lorsque l'on lance un caillou dans un étang: des vagues se créent autour du caillou et se répandent à la surface.
Mais si les ondes lumineuses sont partout, où sont les ondes gravitationnelles? Pour résumer, en physique, il n'y a que quatre types d'interactions. Deux nucléaires, une électromagnétique et une liée à la gravité. "Laissons de côté les deux nucléaires. L'électromagnétisme, c'est la lumière. Il y a à la fois l'émission de particules, les photons, et d'ondes lumineuses", détaille Jean Audouze. D'ailleurs, les ondes électromagnétiques sont partout, et vous en connaissez de nombreuses: la lumière, évidemment, mais également les ondes radios, les infrarouges, les rayons X...
"Pour la gravité, c'est pareil. Il y a d'un côté des particules, les gravitons, de l'autre les ondes gravitationnelles." Sauf que ni les gravitons, ni les ondes n'ont été observées. Elles ont été imaginées et intégrées aux calculs compliqués d'Einstein et sont théoriquement présentes, mais pratiquement invisibles.
Le problème, c'est que les ondes gravitationnelles sont bien plus faibles que leurs cousines liées à la lumière. "La différence est de l'ordre de 10 puissance 35", précise le chercheur, ce qui veut dire que les ondes gravitationnelles sont "1 suivi de 35 zéros" plus faibles que les ondes électromagnétiques.
Ainsi, même si un être humain en produit, elles sont tellement faibles qu'elles sont impossibles à percevoir. Pour les voir, il faut observer de très, très gros objets. Et encore. "Il faut des phénomènes énormes, avec plusieurs dizaines de masses solaires, comme deux trous noirs qui fusionnent, une supernova, pour que la quantité d'ondes gravitationnelles soit quantifiable", précise Jean Audouze.
Ligo et Virgo, clés du succès?
Depuis leur théorisation par Einstein, elles n'avaient jusqu'en 2015 été observées qu'indirectement (pour la première fois en 1970, par deux chercheurs qui ont été récompensés du prix Nobel de physique en 1993). Pour ce faire, les physiciens avaient étudié deux étoiles à neutron tournant l'une autour de l'autre. L'une de ces étoiles était un pulsar, soit une étoile émettant des ondes, notamment radios. Mais une anomalie avait été notée dans l'émission de ce signal. Or, cette anomalie (une augmentation de la fréquence de l'onde, liée à une perte d'énergie de l'étoile) correspondait exactement à l'impact qu'auraient ces fameuses ondes gravitationnelles.
Depuis, on a cherché à mesurer directement ces ondes, afin d'avoir une preuve irréfutable de leur existence. Pour ce faire, deux grands projets ont été construits, aux Etats-Unis et en Europe: Ligo et Virgo. Le fonctionnement est assez simple. On place un laser à un endroit et un autre à plusieurs milliers de kilomètres de là. Chaque laser va se réfléchir sur un miroir et revient à sa base.
"Quand une onde gravitationnelle passe, elle fait des ondulations sur une certaine distance. Le but est alors de mesurer la variation sur ces lasers", explique Jean Audouze. Mais attention, celles-ci sont minimes, même quand on mesure des ondes provenant de cataclysmes astrophysiques distants de milliers d'années-lumière: "On mesure des variations ténues de quelques microns sur une distance de milliers de kilomètres."
C'est pour le succès de ces lasers que les trois chercheurs ont été récompensés ce mardi 3 octobre.
Ce texte a été publié originalement dans le HuffPost France.
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