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.