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Jean-Paul Baquiast 23/02/2016
Le 11 février 2016, l'observatoire LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave observatory) a identifié, sans erreur possible semble-t-il, un signal précis indiquant le passage d'une onde gravitationnelle attribuée à la fusion de deux trous noirs.
De telles ondes caractérisent l'effet produit dans l'espace-temps par les mouvements de corps massifs. Elles se propagent à la vitesse de la lumière. D'autres observations de ce type devraient être faites prochainement, soit par LIGO, soit par VIRGO, l'observatoire européen où se terminent actuellement les travaux de mise à niveau.
Les cosmologistes n'ont pas caché leur enthousiasme. Derrière ces signaux apparemment complémentaires à ceux que reçoivent en permanence des détecteurs d'ondes radio-électriques, ce serait une face jusqu'ici cachée du cosmos qui deviendrait accessible. Certains ont même parlé de la découverte d'un nouveau cosmos, se superposant à celui exploré jusqu'ici par les observatoires optiques et radios actuellement en service. De la même façon, toutes choses égales d'ailleurs, les premiers microscopes ont fait apparaître un monde inconnu, le monde cellulaire et bactérien jusque là invisible à l'oeil nu.
Cet enthousiasme peut étonner, vu tout ce qu'ont révélé les observatoires actuels, dont beaucoup d'éléments demeurent d'ailleurs encore mal compris. Mais il faut se rendre compte que les observations ne peuvent s'intéresser qu'à ce qu'elles voient, c'est-à-dire les rayons lumineux produits par l'émission il y environ 380.000 ans des photons ou quanta d'énergie résultant de la formation au sein de la soupe primordiale des premiers atomes, produits de la liaison entre électrons négatifs et protons positifs.
Auparavant, les observations directes de ce qu'était cette soupe primordiale et son évolution par refroidissement étaient impossibles. Il en était à plus forte raison de même concernant le ou les phénomènes initiaux dénommés big bang, comme de la phase primordial supposée dite d'inflation.
Aujourd'hui, les hypothèses théoriques concernant ces événements primordiaux sont à peu près cohérentes dans les grandes lignes, mais elles laissent encore de nombreux points incompris ou mal précisés. Il y a tout lieu de penser que l'observation des ondes gravitationnelles permettra de les mettre à l'épreuve et d'éclairer les domaines encore en discussion – voire de suggérer des hypothèses entièrement nouvelles.
Objectifs des prochaines observations
Si l'on admet que le signal perçu par LIGO a confirmé l'existence de trous noirs binaires jusqu'ici par définition inobservables sauf si un objet lumineux tel qu'une étoile orbite autour d'eux, le prochain objectif sera d'observer la fusion de deux étoiles à neutrons elles-mêmes en orbite. Cette fusion produira à travers l'espace des jets de matière chaude et dense. Peut-être pourra-t-on les relier à des phénomènes électromagnétique jusqu'ici inexpliqués, les explosions de rayons gamma. L'observation de ces jets pourrait peut-être aussi permettre de mieux comprendre la formation des atomes lourds tels que l'uranium, le thorium et l'or.
Par la suite, l'augmentation en cours de la sensibilité des interféromètres rendra possible dans les prochaines années d'étendre les observations de fusions de trous noirs et d'étoiles à neutron jusqu'aux 300.000 galaxies les plus proches. La probabilité de recevoir des signaux augmentera alors considérablement. On parle d'un signal par mois éventuellement, sinon plus. Le travail ne manquera donc pas.
Par ailleurs et en conséquence, le nombre des signaux reçus permettra de mieux préciser l'histoire et la composition de l'univers, faisant apparaître des paysages jusqu'ici mal compris, comme l'énergie noire considérée comme responsable de l'expansion actuelle du cosmos.
L'étude du signal proprement dit, concernant la fréquence et le volume des ondes, permettra par ailleurs de préciser la taille des trous noirs émetteurs, ainsi que la distance de l'évènement. Par comparaison avec les observations optiques, il sera possible d'évaluer le temps pris par les ondes pour nous parvenir, c'est-à-dire notamment l'effet de l'énergie noire sur la dilatation de l'espace.
Dans un autre domaine, il devrait être possible de soumettre la loi de la gravité à des tests approfondis, concernant par exemple d'éventuelles variations dans le temps ou dans l'espace de la façon dont elle se manifeste.
Lorsque la sensibilité des détecteurs sera encore améliorée, comme le font espérer les nouvelles générations d'interféromètres actuellement à l'étude, des ondes gravitationnelles de plus courte longueur d'onde pourront être observées, pouvant provenir des premiers instants de l'univers lors de l'inflation. Il s'agira des ondes gravitationnelles dites primordiales, beaucoup plus faciles à identifier de cette façon qu'en observant le fonds de ciel cosmologique - ce que on s'en souvient n'avait pas réussi à faire l'observatoire antarctique BICEP2.
Au delà de ces points, tout laisse penser que, comme toujours dans les sciences expérimentales, des évènements non encore envisageables pourront être suggérés par l'étude des ondes gravitationnelles, l'imagination des chercheurs n'ayant pas plus de limites que celles du cosmos.
