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Interview : avons-nous détecté des ondes gravitationnelles ?

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Prédites par Einstein dans sa théorie de la relativité générale, les ondes gravitationnelles ont étés mises en évidence indirectement dans les années 1990. Mais qu'en est-il de leur détection directe ? Pour sa série vidéo Questions d'experts sur la physique et l'astrophysique, l'éditeur De Boeck a interrogé Olivier Pujol, maître de conférence à l'université de Lille, sur l'avancement de ces recherches. 

Lorsqu'Albert Einstein a publié la forme finale de sa théorie de la relativité générale en 1916, il était déjà conscient que les équations qui y décrivaient le champ de gravitation comme une manifestation de la courbure de l'espace et du temps devaient contenir comme solutions des analogues des ondes électromagnétiques. Le tissu de l'espace-temps devait donc pouvoir se déformer et être le lieu de la propagation d'ondes gravitationnelles. En 1918, Einstein montra finalement que, de même que des charges accélérées émettent de la lumière, il était possible pour certaines configurations de matière en mouvement, d'émettre de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles.

La présence de ces solutions dans les équations d'Einstein n'a été admise d'un point de vue théorique qu'à partir de la fin des années 1950 environ et s'est posée alors la question de leur détection. Le renouveau de la relativité générale dans les années 1960, grâce à la découverte des quasars, du rayonnement fossile et des étoiles à neutrons a permis au domaine de l'astronomie gravitationnelle de se développer au cours des années 1970. Hélas, il n'existe toujours aucune preuve directe de l'existence des ondes gravitationnelles.

Une représentation d'artiste des ondes gravitationnelles se propageant dans le tissu de l'espace-temps et rayonnées par un couple de trous noirs spiralant l'un vers l'autre en perdant de l'énergie suite à l'émission de ces ondes. © K. Thorne (Caltech)-T. Carnahan (Nasa GSFC)

On en a toutefois une preuve indirecte grâce à la découverte avec le radiotélescope d'Arecibo par Joseph Taylor et Russell Hulse en 1974 du premier pulsar binaire, PSR B1913+16, ou « pulsar de Hulse et Taylor ». Son étude a montré que cet objet en orbite autour d'une étoile perdait de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles en bon accord avec les prédictions de la théorie de la relativité générale. D'autres pulsars binaires ont depuis été découverts, confirmant les travaux d'Einstein sur les ondes gravitationnelles. On s'attend à ce que des systèmes binaires contenant un ou deux trous noirs soient aussi des sources de ces ondes.

On a entrepris de détecter directement les ondes gravitationnelles émis par des phénomènes astrophysiques violents, comme la collision de deux trous noirs, à l'aide d'expériences développées sur Terre comme Ligo et Virgo. Une autre est en projet, eLisa, et elle aura lieu dans l'espace.

© De Boeck