Les ondes gravitationnelles : une gigantesque bouffée d’énergie

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En février 2016, après 5 mois de vérifications méticuleuses, l’observatoire LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) annonça pour la première fois la détection d’ondes gravitationnelles dont l’existence avait été prédite par la théorie de la relativité générale formulée par Albert Einstein il y a maintenant près d’un siècle. Un deuxième train d’ondes fut détecté le jour de Noël 2015 puis plus rien jusqu’au 4 janvier 2017. Cette fois c’est certain les ondes gravitationnelles existent bien et ce n’est pas une vue de l’esprit. En effet, comme pour toute expérience scientifique, répéter cette dernière et obtenir le même résultat peut encore être l’effet du hasard mais si elle est vérifiée une troisième fois alors il n’y a plus de doute possible.

Pour cette dernière détection d’un évènement cataclysmique d’une ampleur difficile à imaginer la puissance de calcul du signal a permis de confirmer qu’il s’agissait de la collision entre deux trous noirs massifs de 31 et 19 fois la masse du Soleil respectivement situés à plus de 3 milliards d’années-lumière de notre Galaxie, collision suivie de leur fusion. Les signaux obtenus tant à Hansford qu’à Livingston ont montré que les deux trous noirs tournaient autour d’eux-mêmes en sens opposé. Et lors de leur collision une énergie équivalente à deux fois la masse du Soleil a été dissipée dans l’espace selon la célébrissime équation d’Einstein : E = m x c2 ! Il s’agit donc bien d’un évènement d’une puissance difficile à imaginer qui a pu être détecté 3 milliards d’années plus tard. Il a duré un dixième de seconde et en kWh l’énergie dissipée fut de 130 suivies de 38 zéros kWh.

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Source : Physical Review Letters, doi : 10.1103/PhysRevLett.118.221101

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Petite note explicative de l’illustration. Imaginons que les ondes gravitationnelles soient un son perceptible par notre oreille. Un son se définit par sa fréquence – plus celle-ci est élevée plus le son est aigu – et son amplitude qui est d’autant plus élevée que le son est « fort ». Dans l’illustration tirée de l’article paru dans les PRL l’amplitude est matérialisée par une couleur allant du noir au jaune clair et la répartition de cette amplitude est représentée en fonction de la fréquence exprimée en hertz (Hz) pour les deux installations LIGO en fonction du temps. Il faut noter que le phénomène est extrêmement rapide puisqu’il ne dure qu’un dixième de seconde. La reconstruction par le calcul du signal fait apparaître un « bruit » de plus en plus aigu qui disparaît subitement … quand les deux trous noirs ont fusionné. L’univers tout entier a alors été inondé par une gigantesque décharge d’énergie, deux fois la masse du Soleil disparaissant en quelques centièmes de seconde selon l’équation d’Einstein d’équivalence entre masse et énergie … Je rappelle ici à mes lecteurs qu’il faut rendre à César ce qui est à César : c’est le mathématicien français Henri Poincaré qui le premier introduisit le concept d’ondes gravitationnelles et l’équivalence matière-énergie formulée par Einstein en 1904. Poincaré était prisonnier du paradoxe de l’ « éther », une fiction immatérielle formulée par Hendrick Lorentz en 1895 dont Einstein nia l’existence en écrivant les équations de la relativité restreinte quelques mois plus tard en 1905. Jamais Poincaré ne put s’affranchir de l’existence de l’ « éther » et la preuve expérimentale des ondes gravitationnelles plus d’un siècle plus tard est une ultime démonstration de la non-existence de l’éther. Cet évènement cosmique détecté par le LIGO a relaché dans l’univers tout entier une énergie de 360.1045 joules ou encore 130.1038 kWh en un dixième de seconde.

4 réflexions au sujet de « Les ondes gravitationnelles : une gigantesque bouffée d’énergie »

  1. A ma connaissance les équations de la relativité restreinte ont été écrites par Poincaré et non Enstein ( et par Hilbert pour la relativité générale). Enstein n’était pas mathématicien. D’ailleurs, il n’a pas eu le prix Nobel pour cette fantastique théorie car il aurait fallu le décerner à 4 personnes et non seulement à Enstein et ils ont donc préféré maintenir le culte Enstein.Mais c’est le mérite d’Enstein d’avoir compris la signification de ces équations au niveau de l’astro physique. Il est fréquent que certains s’attribuent tous les mérites alors qu’ils sont un maillon, certes essentiel, de la découverte/invention.

    • Si vous avez quelques compétences en astrophysique vous pourrez peut-être m’éclairer sur un point que je n’ai pas osé faire figurer dans mon billet. La gravité est-elle une forme d’énergie et quelle est sa dimension physique ? Si on se réfère à un satellite tournant autour de la Terre (ou la Terre autour du Soleil) celui-c possède une énergie cinétique exprimée en joules qui se traduit par une force centrifuge l’empêchant de retomber sur la Terre en raison du champ gravitationnel de cette dernière. Si je me hasarde à extrapoler l’équation d’équivalence masse-énergie alors la gravité pourrait constituer la matière noire qui fait les gorges chaudes des astrophysiciens. Ce n’est pourtant pas la définition de la gravité qu’en donne Einstein dans la description de la relativité générale. Merci de votre réponse et pour votre fidélité à mon blog …

      • Bonjour,

        En fait la gravité est le dernier problème qui pourrait lier l’ensemble de la physique.
        C’est le dernier élément qui rend impossible actuellement la réunion entre le quantique et la physique newtonienne.
        Par conséquent aucun scientifique ne peut dire ce que c’est foncièrement.
        Certains recherchent son support (le graviton), d’autre l’utilise comme un effet au même titre que Coriolis, d’autre l’ignore et parle d’effet EM (électromagnétisme)…
        Bref, nous avons découvert la gravité avec Newton, nous la montrant telle une force.
        Einstein, près de 250 ans plus tard (et les 3 autres à ne pas oublier), nous montre en fait que ce n’en est pas une , mais que c’est un effet, une conséquence et non une cause.
        A peu près au même moment, on se rend compte que la caractéristique de la gravité ne peut plus être prise en compte à certaines échelles, notamment celles du micro.
        Tout ce que l’on peut affirmer est que dans notre espace-temps, la gravité a une énergie infime, comme dilué, on ne sait pas la cause de cette conséquence , outre de parler de masse par lesquelles elle est conséquence dans notre monde. Au même titre que le magnétisme passe par les spin.
        Et comme tu le dis , c’est aussi parce qu’à une échelle astronomique, on constate que la gravité n’agit plus comme on l’entend, que la matière noire est arrivée (merci Kepler).

        En astrophysique, il y au moins 2 choses dont on ne sait rien et que l’on étudie:
        Les trous noirs et la gravité…..
        Toutes 2, intrinsèquement liés.
        Si on arrive à comprendre l’un, on explique l’autre…….

        Amicalement
        Gus

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