Onde gravitationnelle

Un article de Freepedia.

L'existence des ondes gravitationnelles est une prédiction de la théorie de la relativité générale. La courbure de l'espace-temps dépend de la répartition de la masse qui s'y trouve, le déplacement d'objets massifs modifie (localement) cette courbure. La propagation des déformations (oscillations de l'espace-temps) se fait par l'intermédiaire des ondes gravitationnelles.

De façon imagée, on peut dire que l'intensité de la gravitation doit fluctuer lors du passage d'une onde gravitationnelle comme la surface de l'eau monte et descend lorsque passe une vague.

L'analogie existant en relativité générale entre des charges électriques en mouvement et des masses en mouvement permet de mieux comprendre le phénomène :

de la même manière que l'accélération de particules chargées produit des ondes électromagnétiques, l'accélération de particules possédant une masse devrait produire des ondes gravitationnelles.

Le quantum correspondant s'appelle le graviton.

Détection des ondes gravitationnelles

Les scientifiques sont désireux de trouver une manière de détecter ces ondes, puisqu'elles pourraient aider à donner des informations sur la structure même de l'Univers.

Les physiciens Russell Hulse et Joseph Taylor ont expliqué leurs observations d'un système d'étoiles à neutrons binaires comme résultat de l'émission d'ondes gravitationnelles par le système. Pour cet accomplissement, ils ont été récompensés par le prix Nobel de physique en 1993. Toutefois, on n'a jamais pu observer directement de rayonnements gravitationnels. C'est-à-dire que personne n'a encore été témoin d'un objet physique se déformant réellement pendant le passage d'une onde gravitationnelle, bien qu'il y ait eu un certain nombre de rapports non confirmés. L'observation confirmée d'ondes gravitationnelles serait une autre évidence importante de la validité de la relativité générale.

Une des raisons pour laquelle on n'a pas encore pu détecter directement ces ondes est leur très faible intensité, de sorte que les signaux, s'ils existent, sont noyés sous le bruit produit par d'autres sources. Les sources terrestres ordinaires seraient de toute façon indétectables, en dépit de leur proximité. Seuls des événements produits par des objets extrêmement massifs comme la collision entre deux trous noirs seraient susceptibles d'être détectés.

Un certain nombre d'équipes travaillent à rendre les détecteurs de gravité plus sensibles et plus sélectifs aux ondes et à analyser leurs résultats. Une technique généralement utilisée pour réduire les effets du bruit doit employer la détection de coïncidence pour pouvoir ignorer les événements qui ne s'enregistreraient pas sur les deux détecteurs. Il y a deux types communs de détecteurs terrestres utilisés dans ces expériences:

• les interféromètres à laser où la distance parcourue par la lumière du laser est très longue, tels que VIRGO (3 km, à Pise, France-Italie), GEO (600 m, à Hanovre, Allemagne-Grande Bretagne), LIGO (4 km, Hanford et Livingston, États-Unis), TAMA (300 m, Japon), et ACIGA (Australie).
• les détecteurs à résonance qui utilisent des grandes masses à températures très basses, comme EXPLORER et NAUTILUS.

Un moyen de s'affranchir du bruit de fond terrestre est de réaliser l'expérience de détection dans l'espace. C'est le projet de l'interféromètre LISA, constitué de trois navettes spatiales devant orbiter à près de 5 millions de kilomètres les uns des autres. Le lancement est prévu pour 2012 ou 2013.

En novembre 2002, une équipe de chercheurs italiens de l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare et de l'université de Rome ont produit une analyse de leurs résultats expérimentaux qui semble donner une autre preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles. Leur article, intitulé « Étude des coïncidences entre les détecteurs d'ondes gravitationnelles EXPLORER et NAUTILUS en 2001 », est basé sur une analyse statistique des résultats de leurs détecteurs qui prouve que le nombre de détections coïncidentes est le plus grand quand les deux détecteurs se dirigent dans le centre de la Voie lactée.

Note: la recherche d'ondes gravitationnelles demande une somme de calculs faramineuse. C'est la raison d'être du projet einstein@home, fondé sur le modèle de SETI@home: des particuliers peuvent mettre à disposition les moments d'inactivité du processeur de leur ordinateur afin de seconder modestement les scientifiques dans leur recherche.