Pour la première fois, des ondes gravitationnelles observées par trois instruments

Pour la première fois, des ondes gravitationnelles observées par trois instruments

Et ça change pas mal de choses

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Sébastien Gavois

Publié dans

Sciences et espace

28/09/2017
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Pour la première fois, des ondes gravitationnelles observées par trois instruments

Et de quatre. Une nouvelle fournée d'ondes gravitationnelles a été détectée par des scientifiques. Un « détail » change cette fois-ci : trois instruments les ont mesurées, contre deux auparavant. L'air de rien, c'est important, car cela permet de localiser la source avec plus de précision et de procéder à des analyses complémentaires. Explications.

Le 11 février dernier, une importante découverte était annoncée par les chercheurs des collaborations LIGO aux États-Unis et Virgo en Italie (le CNRS est membre fondateur dans le second cas) : la première détection directe d'ondes gravitationnelles, lors de mesures le 14 septembre 2015.

Deux physiciens français ont d'ailleurs obtenu la médaille d'or du CNRS pour leurs travaux : Alain Brillet et Thibault Damour. Pour rappel, elles avaient été prédites il y a plus de 100 ans par Einstein dans son principe de relativité générale. Le travail sur les ondes gravitationnelles a déjà été récompensé par un prix Nobel de physique en 1993 pour Russell A. Hulse et Joseph H. Taylor Jr. À l'époque, ils apportaient une preuve indirecte de leur existence.

Depuis, une deuxième détection a été annoncée le 15 juin 2016 (données enregistrées le 26 décembre 2015), suivie d'une troisième le 1er juin 2017 (données du 4 janvier 2017). Aujourd'hui, c'est donc la quatrième détection (sur des données relevées le 14 août 2017), mais celle-ci est particulière à plus d'un titre : c'est la première fois qu'elle est enregistrée par trois instruments à la fois : les deux de LIGO et celui de Virgo. 

Detecteur LIGO Virgo
De gauche à droite : LIGO à Hanford et à Livingston aux États-Unis, puis le détecteur Virgo à côté de Pise (Italie). Crédits : CNRS / Nicola Baldocchi 2015

 Des versions « Advanced » des instruments pour arriver à ce résultat

Avant d'entrer dans le vif du sujet, un rappel. Sylvie Leon, scientifique spécialisée dans la physique fondamentale au CNES, explique qu'une onde gravitationnelle est une « oscillation de l’espace-temps », une notion plus difficile à cerner qu'il n'y parait (voir cette actualité sur le voyage dans le temps). Pour simplifier, on peut les représenter comme « de petites vaguelettes qui se propagent dans la structure de l’espace-temps et qui changent sa géométrie ». Nous avons déjà longuement détaillé leur fonctionnement dans cette actualité.

Pour mesurer ces infimes variations de l'espace-temps – de l’ordre du milliardième de la taille d’un atome –, les scientifiques utilisent des interféromètres de Michelson. Il s'agit d'un instrument de plusieurs kilomètres de long formant un « L » : un faisceau laser est envoyé par un émetteur et fait plusieurs allers/retours dans les deux bras de l'appareil (qui ont exactement la même longueur). Une fois que les deux faisceaux se retrouvent, l'instrument mesure s'il y a un décalage. Si c'est le cas, alors une onde gravitationnelle a déformé l'espace-temps lors de la mesure.

Il faut donc une précision redoutable pour effectuer les mesures. LIGO n'a d'ailleurs détecté les premières ondes gravitationnelles qu'après une mise à jour dite « Advanced » afin d'augmenter « grandement » la sensibilité de ses instruments. De son côté, Virgo n'a eu droit à sa version Advanced qu'au 1er août, légèrement en retard sur le calendrier qui prévoyait fin 2016. Sans cette amélioration, Virgo n'aurait probablement pas pu détecter l'onde du 14 août.

« Virgo est équipé de miroirs plus lourds, de faisceaux plus gros, et d'une instrumentation mieux isolée qui permet d'améliorer sa sensibilité d'un facteur pouvant aller jusqu'à 10. On peut d’ores et déjà voir 2 à 3 fois plus loin qu'avec le Virgo initial » explique Benoît Mours (membre de l'équipe Virgo au Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules) à nos confrères de Sciences et Avenir.

Ondes gravitationnelles LIGO Virgo

Trois détections ouvrent la voie à une « triangulation »

Cette quatrième détection (et première conjointe) s'est déroulée le 14 août 2017 à 9h30 heure française. Advanced LIGO à Livingston en Louisiane (États-Unis) est le premier à enregistrer cette petite vaguelette, observée 8 millièmes de seconde plus tard par Advanced LIGO à Hanford dans l’État de Washington (États-Unis également) et enfin 6 millièmes de seconde après par Advanced Virgo à proximité de Pise (Italie).

Avec deux instruments seulement, la provenance des ondes gravitationnelles n'était pas évidente à déterminer : « la zone de recherche dans le ciel s'étendait sur une zone équivalant à plusieurs milliers de fois la surface de la pleine Lune » explique le CNRS. Avec trois, elle est environ dix fois plus petite : 80 degrés carré, soit environ 320 fois la taille de la pleine Lune dans le ciel. De plus, l'estimation de la distance de la source d'émission des ondes gravitationnelles est deux fois meilleure.

Ces données de meilleure qualité améliorent donc « les chances d'observer des signaux avec d'autres instruments ». Suite à cette découverte, 25 groupes d'astronomes ont scruté cette partie de l'espace, notamment à la recherche d'un signal optique, mais n'ont rien pu observer.

Afin de mieux appréhender la précision apportée par le troisième instrument, Virgo propose une carte de l'Univers avec l'emplacement des fusions des trous noirs ayant entrainé des ondes gravitationnelles mesurées :

Ondes gravitationnelles LIGO Virgo

Zone de détection : en bleu LIGO, en orange LIGO et Virgo, en vert une projection affinée par ordinateur

Quand deux trous noirs ne font plus qu'un

Dans le cas présent, ces ondes gravitationnelles proviennent de la fusion de deux trous noirs. Le premier avait une masse équivalente à 25 fois celle de notre Soleil, contre 31 fois pour le second. La masse du trou noir en résultant est de 53 fois celle de notre étoile. Avec un rapide calcul (25 + 31 - 53 = 3) on se rend compte que trois masses solaires ont disparu dans cette opération. Cela représente tout de même près de 6x10^30 kg ou encore presque 1 000 000 fois la masse de la Terre, excusez du peu.

Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme comme disait Lavoisier. La matière a été transformée en une énergie colossale qui secoue donc l'Univers sous la forme d'ondes gravitationnelles. Pour vous donner un ordre de grandeur de l'énergie dégagée, rappelez-vous la fameuse formule d'Einstein : E = mc² (« c » étant la vitesse de la lumière).

Dans le cas présent, cette fusion s'est déroulée à 1,8 milliard d'années-lumière, ce qui signifie que les ondes se sont propagées dans l'espace pendant 1,8 milliard d'années avant d'arriver sur la Terre (et de continuer leur route évidemment).

Ondes gravitationnelles LIGO Virgo
Fonctionnement des noms : GW (Gravitation Waves) xx (année) yy (mois) zz (jour). GW170814 correspond donc au 14 août 2017.

Saviez-vous qu'il existe plusieurs théories sur le type d'ondes gravitationnelles ? 

Si Advanced Virgo permet de localiser plus finement l'origine des ondes, ce n'est pas son seul avantage : « Son orientation, différente de celle des deux instruments LIGO. Ceci rend possible de nouveaux tests de la théorie de la relativité générale, élaborée par Albert Einstein, qui décrit la force de gravitation » explique le CNRS. 

Dans sa théorie, Einstein explique que l'espace s'étire dans un sens tout en se contractant dans un autre. D'autres pensent au contraire qu'il se déforme dans une seule direction, voire dans toutes les directions à la fois, différentes théories existant sur le sujet. Pour le centre national de la recherche scientifique, l'analyse des signaux permet de confirmer la théorie d'Einstein et « c'est un prélude à de futurs tests plus poussés de la relativité générale ».

Les trous noirs abondants dans l'Univers, mais en quoi est-ce important ?

Quoi qu'il en soit, « ce nouvel événement confirme que les couples de trous noirs sont relativement abondants » dans l'Univers. Avec trois détecteurs en service, nul doute que les annonces vont continuer d'aller bon train. Rendez-vous au prochain épisode afin de savoir ce que les ondes gravitationnelles peuvent nous apprendre de plus.

Les possibilités sont nombreuses. Pour les scientifiques cosignataires de la première publication, « les ondes gravitationnelles portent en elles des informations qui ne peuvent pas être obtenues autrement, concernant à la fois leurs origines extraordinaires (des phénomènes violents dans l’Univers) et la nature de la gravitation ». Pour d'autres, elles peuvent également lever un des mystères de l'Univers : il serait composé à 95 % d'énergie et matière noire invisibles pour nous, mais avec des effets gravitationnels.

Enfin, un des buts ultimes de la recherche sur les ondes gravitationnelles serait de remonter jusqu'au Big Bang ; un événement qui en a produit énormément. Si les scientifiques arrivaient à mesurer ces ondes gravitationnelles, ils auraient « une photo » du milliardième de seconde après le Big Bang.

Pour rappel, des scientifiques essayent actuellement de compiler des données afin d'essayer de créer la première image d'un trou noir. Comme quoi, il nous reste encore énormément de choses à apprendre sur l'Univers.

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Écrit par Sébastien Gavois

Tiens, en parlant de ça :

Sommaire de l'article

Introduction

 Des versions « Advanced » des instruments pour arriver à ce résultat

Trois détections ouvrent la voie à une « triangulation »

Quand deux trous noirs ne font plus qu'un

Saviez-vous qu'il existe plusieurs théories sur le type d'ondes gravitationnelles ? 

Les trous noirs abondants dans l'Univers, mais en quoi est-ce important ?

Commentaires (30)


Le 28/09/2017 à 13h 47

Je me demande si l’orientation différente des instruments est issue d’une réflexion, du hasard ou simplement du fait qu’ils sont chacun éloignés de grandes distances (donc à cause de la courbure de la terre parce qu’on les monte à l’horizontale).

Reste plus qu’à en monter quelques autres avec une orientation complètement différente et le plus loin possible des autres, et on va arriver à faire de bonnes mesures.


Le 28/09/2017 à 13h 50







ArchangeBlandin a écrit :



(donc à cause de la courbure de la terre parce qu’on les monte à l’horizontale).





source ? <img data-src=" />



nan j’déconne <img data-src=" />



En tout cas, ça augure bien pour de futures découvertes ou validations expérimentales d’hypothèses <img data-src=" />



Le 28/09/2017 à 13h 53

Fallait bien que quelqu’un fasse la blague !



Mais ne nous inquiétons pas, bientôt sera lancé un satellite pour vérifier que la terre est plate, je pense qu’ils vont être déçus !


tpeg5stan Abonné
Le 28/09/2017 à 13h 55

Tout le monde sait qu’elle est plate, ça a encore été montré récemment. #OuvrezLesOeils&nbsp;<img data-src=" />



http://www.begeek.fr/complot-arme-dun-niveau-a-bulle-prouve-terre-plate-250196


Le 28/09/2017 à 14h 00







ArchangeBlandin a écrit :



Fallait bien que quelqu’un fasse la blague !





c’est une tentative (un vœu pieu plutôt) pour désamorcer dans l’œuf ce type d’intervention ;) Ce qui est fait n’est plus à faire <img data-src=" />



(HS : combo double utilisation du œ <img data-src=" /> )




Le 28/09/2017 à 14h 09

les premiers pas vers la vitesse de distorsion&nbsp;


tpeg5stan Abonné
Le 28/09/2017 à 14h 27

Bel article! Bien expliqué avec l’histoire du bazar.<img data-src=" />



Si Einstein avait imaginé ça 100 ans après…ça vend du rêve&nbsp;<img data-src=" />


Le 28/09/2017 à 14h 45

Je fais une petite publicité pour la série tv sur Einstein créé par national Geographic.



Genius.



C’est très bon!


Winderly Abonné
Le 28/09/2017 à 14h 50

“Comme quoi, il nous reste encore énormément de choses à apprendre sur l’Univers.”

Quelqu’un en doutait ?


Le 28/09/2017 à 14h 51

Voilà de la preuve scientifique indiscutable <img data-src=" />


Le 28/09/2017 à 15h 15



Rendez-vous au prochain épisode afin de savoir ce que les ondes gravitationnelles peuvent nous apprendre de plus.





Vous allez être étonné !


Et oubliez pas que les miroirs des 2 instruments sont francais.&nbsphttps://lejournal.cnrs.fr/videos/les-miroirs-les-plus-parfaits-du-monde


Le 28/09/2017 à 16h 39

Non, tout est courbe, une droite n’est qu’une courbe redressée <img data-src=" />


Jungledede Abonné
Le 28/09/2017 à 17h 10

c’est ça que mon ryzen calculait avec BOINC? <img data-src=" />

<img data-src=" />


Le 28/09/2017 à 17h 15

<img data-src=" />



Fabriquer en Allemagne, Polie en Californie, Saupoudrer à Lyon


Le 28/09/2017 à 17h 20







tpeg5stan a écrit :



Tout le monde sait qu’elle est plate, ça a encore été montré récemment. #OuvrezLesOeils <img data-src=" />



http://www.begeek.fr/complot-arme-dun-niveau-a-bulle-prouve-terre-plate-250196







LOL ^^



En plus, je sais pas mais moi sur la vidéo je voie la bulle bouger :xx



Z-os Abonné
Le 28/09/2017 à 17h 58

Chez moi la bulle ne bouge pas. Ta table ne droit pas être à l’horizontal. <img data-src=" />


Mihashi Abonné
Le 28/09/2017 à 22h 08







2show7 a écrit :



Non, tout est courbe, une droite n’est qu’une courbe redressée de rayon infini <img data-src=" />





<img data-src=" />



Le 28/09/2017 à 22h 16

^^ Bon, allez!

Une dose d’ondes gravitationnelles, et au dodo… <img data-src=" />


Le 29/09/2017 à 06h 38







tpeg5stan a écrit :



Tout le monde sait qu’elle est plate, ça a encore été montré récemment. #OuvrezLesOeils&nbsp;<img data-src=" />



http://www.begeek.fr/complot-arme-dun-niveau-a-bulle-prouve-terre-plate-250196





Je viens de me faire le plus épique (et douloureux) des facepalm matinaux. Genius <img data-src=" />



V_E_B Abonné
Le 29/09/2017 à 07h 41







WereWindle a écrit :



source ? <img data-src=" />





Je ne vois pas ce qui te choque. On a mis les détecteurs sur la tranche de la terre, donc oui, forcément, c’est courbe <img data-src=" />



Le 29/09/2017 à 09h 10

C’est marrant, cette fusion des trous noirs, ça fait vraiment penser à la fusion atomique.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire



Deux noyaux se recontre et il y a émission d’énergie.

L’infiniment petit et l’infiniment grand :)



&nbsp;


Le 29/09/2017 à 09h 20







Mihashi a écrit :



<img data-src=" />







Donc, le rayon exacte est : (infini/pi)/2 (je vais m’y mettre dessus)<img data-src=" />



Le 29/09/2017 à 09h 38







2show7 a écrit :



Donc, le rayon exacte est : (infini/pi)/2 (je vais m’y mettre dessus)<img data-src=" />







Tout bien réfléchi, je m’en tiendrais qu’à la formule <img data-src=" /><img data-src=" /><img data-src=" /> (pourtant c’était déjà moins loin)



Apone Abonné
Le 29/09/2017 à 12h 29







tpeg5stan a écrit :



Tout le monde sait qu’elle est plate, ça a encore été montré récemment. #OuvrezLesOeils&nbsp;<img data-src=" />



http://www.begeek.fr/complot-arme-dun-niveau-a-bulle-prouve-terre-plate-250196





oh !!

c’est bon ça merci !



Je me demande quel genre de résultat imaginait le mec, quand même.



alain_p Abonné
Le 01/10/2017 à 10h 14







ArchangeBlandin a écrit :



Reste plus qu’à en monter quelques autres avec une orientation complètement différente et le plus loin possible des autres, et on va arriver à faire de bonnes mesures.





Deux autres sont prévus, KAGRA au Japon, sur le site de Kamiokande (détecteur neutrinos), le plus avancé, et Indigo, en Inde, encore en projet.



Et surtout, il y a NGO (New Gravitional-Wave Observatory), un ensemble de trois satellites formant un interféromètre Michelson à très longs bras, plusieurs millions de km, qui doit être lancé par l’ESA en 2034. Ce dernier permettra d’explorer un domaine de fréquences complétement nouveau en étant beaucoup plus sensible.



https://fr.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_Antenna



Le 02/10/2017 à 06h 53







trash54 a écrit :



les premiers pas vers la vitesse de distorsion







J’ai aussi, dans mes nouvelles de SF, rendu possible ce genre de théorie et industrialisé son application pratique grâce aux ondes gravitationnelles.



Bref, du fun en puissance !



Le 02/10/2017 à 08h 00

Rien que l’orbite de l’ensemble est hypnotisante !

C’est assez loin 2034, et ça fait une grande distance avec un placement terriblement précis des orbites à faire…

Un vrai cauchemar de calibration d’orbites, en espérant qu’aucune poussière spatiale ne vienne les embêter.



&nbsp;





Commentaire_supprime a écrit :



J’ai aussi, dans mes nouvelles de SF, rendu possible ce genre de théorie et industrialisé son application pratique grâce aux ondes gravitationnelles.



Bref, du fun en puissance !





J’ai surtout lu la fin de l’article qui promet la désintégration du vaisseau en sortie de distorsion, aussi sûr que les trous de ver et les trous noirs pour se faire désintégrer.

Enfin, on peut toujours essayer.



Le 02/10/2017 à 08h 19







ArchangeBlandin a écrit :



J’ai surtout lu la fin de l’article qui promet la désintégration du vaisseau en sortie de distorsion, aussi sûr que les trous de ver et les trous noirs pour se faire désintégrer.

Enfin, on peut toujours essayer.







On trouvera bien quelque chose. Quitte à ce que ce soit quelque chose qui n’ait rien à voir avec cette métrique.



Je vais réfléchir au problème en tant qu’auteur de SF… <img data-src=" /><img data-src=" /><img data-src=" /><img data-src=" /><img data-src=" />



Je crois que tu as pas tout compris de l’importance du soupoudrage :)