C’était un moment, juste un instant, quand tout le monde semblait s’arrêter pour parler des guerres et de la politique et lever les yeux au ciel. Le 11 février 2016, d'importants organes de presse ont annoncé que, pour la première fois, l'humanité avait détecté des ondes gravitationnelles passant de la Terre à partir de l'espace le plus profond possible, un phénomène à la fois subtil et profond, prédit par Albert Einstein en 1916. Les ondes provenaient de deux trous noirs. qui se sont heurtées il y a 1, 3 milliard d'années, un impact cosmique qui a généré dix fois plus de puissance que la puissance lumineuse de toutes les étoiles de l'univers observable réunies. Mais les ondes gravitationnelles ainsi créées se sont évanouies alors qu’elles ondulaient dans l’espace et dans le temps. Aucun instrument n'avait jamais été capable de les détecter, jusqu'à maintenant.
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Bien que la réalisation ait été rendue possible par plus de 1 000 scientifiques et ingénieurs travaillant pendant des décennies, les principaux moteurs ont été Kip Thorne, Ronald Drever et Barry Barish, tous de Caltech. et Rainer Weiss du MIT. Pour capturer leur minuscule carrière, ils ont déployé un détecteur particulièrement vaste, l'observatoire d'interféromètre laser à interféromètre de 620 millions de dollars, ou LIGO, qui possède une partie en Louisiane et une autre dans l'État de Washington.
Thorne a fait campagne pour le projet au cours des années 1980 et 1990 lors d’une série de conférences de haut niveau dans le monde entier. Lanky et barbu, il était déjà une légende de l'astrophysique - un théoricien dont la vision était si vaste qu'il aurait par la suite contribué à la création de films hollywoodiens comme Interstellar . Quand il a commencé sa carrière, de nombreux physiciens ont pensé que les ondes gravitationnelles étaient elles-mêmes de la science fiction, malgré les prédictions d'Einstein. Contrairement à la physique newtonienne, la théorie de la relativité générale d'Einstein avait suggéré que la gravité générait des ondulations non détectées qui se déplaçaient dans l'espace-temps à la manière du son.
Mesurer ces vagues, cependant, semblait presque impossible. Comparée à d'autres forces, la gravité est extrêmement faible. La force électromagnétique entre deux électrons est 10 40 (plus de mille milliards de fois, mille milliards de fois), supérieure à leur attraction gravitationnelle. L'enregistrement d'une onde gravitationnelle nécessiterait des objets extrêmement massifs et des instruments d'une sensibilité inimaginable.
Pourtant, Thorne dit croire que les ondes gravitationnelles existaient déjà au moment où il a commencé son doctorat en 1962. Au cours des années 1970, la plupart des scientifiques sont parvenus à l’accepter, persuadés par des modèles mathématiques étanches et des expériences de pensée. La musique était là-bas. Ils ne l'avaient tout simplement pas encore entendu.
LIGO, construit au milieu des années 90 et activé pour la première fois en 2002, a été conçu pour être extrêmement sensible à ces trilles minuscules. L'observatoire comprenait deux détecteurs géants en forme de L situés à 1 865 milles l'un de l'autre. La distance qui les sépare et l’éloignement des deux sites empêcheraient les deux instruments de capter des interférences provenant du même tremblement de terre ou du passage d’un camion. Chaque détecteur était composé de deux bras de 2, 5 km avec un laser à la jonction, scindés en deux faisceaux et des miroirs à chaque extrémité. Quand une onde gravitationnelle traversait les tubes, les scientifiques prédisaient qu'elle déformerait légèrement l'espace-temps, environ un dix millième du diamètre d'un proton. Cette infime déformation suffirait à changer la longueur des tubes et à faire briller le laser sur les détecteurs.
Note de la rédaction, 28 février 2017: Cet article faisait initialement référence à la "traction" électromagnétique entre deux électrons, mais "force" est un meilleur mot pour le décrire.
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Cet article est une sélection du numéro de décembre du magazine Smithsonian.
AcheterLa première série d'expériences LIGO il y a plus de dix ans n'a pas réussi à capter un signal. Mais après avoir doublé leur mise initiale, les chercheurs ont convaincu la National Science Foundation de dépenser 200 millions de dollars supplémentaires pour mettre à niveau LIGO. Le travail était alors terminé en 2015. L'équipe de recherche comprenait désormais plus de 1 000 scientifiques de 90 institutions à travers le monde. Les attentes étaient écrasantes. En août dernier, Weiss a déclaré à Janna Levin - un astrophysicien de la Colombie qui était en train d'écrire un livre sur LIGO intitulé Black Hole Blues et autres chansons de l'espace extra-atmosphérique - "Si nous ne détectons pas de trous noirs, cette chose est un échec".
Le lundi 14 septembre 2015, une vague gravitationnelle est venue de quelque part dans les profondeurs du ciel sud. Il a envoyé l’instrument en Louisiane avant de traverser les États-Unis et l’instrument dans l’État de Washington sept millisecondes plus tard. À 5h51, l’équipement de LIGO a finalement enregistré ce minuscule gazouillis.
Comme Levin l'a dit, le grand accomplissement de LIGO a été d'ajouter une bande-son à ce qui était auparavant un film muet. Quatre-vingt quinze pour cent de l'univers est sombre, ce qui signifie que cela dépasse la mesure de nos télescopes et de nos radars les plus avancés. Cette faible onde gravitationnelle a permis aux scientifiques de détecter une paire de trous noirs pour la toute première fois - et ils étaient beaucoup plus grands que prévu. L'un était 29 fois la masse et l'autre 35 fois la masse du Soleil.
Quand Thorne et Weiss ont vu les journaux pour la première fois, ils craignaient que des pirates informatiques aient inséré des données corrompues dans les journaux. (Drever était incapable de partager sa réponse: il était tombé malade au fil des ans et se trouvait dans une maison de retraite dans son pays natal, en Écosse.) Il a fallu des semaines d'enquête pour que les scientifiques se rendent compte de leur réussite.
Le 26 décembre 2015, LIGO a enregistré des ondes gravitationnelles provenant d'une autre fusion de trous noirs. Les chercheurs travaillent toujours à la mise au point des instruments, dont ils disent qu'ils ne pourront que mieux mesurer les distances cosmiques lointaines.
Détecter des trous noirs, même s'il est vraiment important, n'est que le début. De plus en plus, nous découvrirons combien nous ne savons pas. C’est l’enthousiasme pour Thorne, Weiss et leurs collègues. Que se passe-t-il si la matière noire figure dans la gravité d'une manière que personne n'a jamais envisagée? Si nous captons des ondes gravitationnelles juste après le Big Bang, qu'est-ce que cela va nous apprendre sur la nature de l'univers? Grâce à LIGO, nous pouvons maintenant entendre les compositions fascinantes résonner entre les stars, la musique encore inconnue de ce qui existe ailleurs
"Ils ont donné à l'humanité une façon complètement nouvelle de voir l'univers." Stephen Hawking félicite Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry Barish et Ronald Drever, les premiers scientifiques à avoir détecté les ondes gravitationnelles, aux American Ingenuity Awards du magazine Smithsonian 2016. Cette année, les génies de LIGO ont annoncé qu'ils avaient enfin retrouvé ce que Albert Einstein avait prédit il y a un siècle.
