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Des physiciens détectent des ondes gravitationnelles grâce à la collision de deux trous noirs

by Lindsay Jolivet févr. 11 / 16

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Des physiciens ont détecté des ondes gravitationnelles émanant de la collision de deux trous noirs survenue il y a plus d’un milliard d’années, et ont confirmé une prédiction faite par Albert Einstein dans le cadre de sa théorie de la relativité générale.

Des chercheurs, y compris le Boursier de l’ICRA Harald Pfeiffer (Université de Toronto), ont participé aux recherches qui ont mené à la découverte dans le cadre de la collaboration scientifique LIGO (Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser). LIGO a détecté des ondes gravitationnelles qui sont des vibrations dans le tissu de l’espace-temps produites par l’accélération d’objets massifs dans l’Univers.

De nombreuses décennies de théories et de données indirectes appuyaient l’existence des ondes gravitationnelles, notamment par l’entremise d’une technique appelée le chronométrage des pulsars utilisée par des Boursiers du programme Cosmologie et gravité, mais il s’agit maintenant d’une première observation directe. Les chercheurs ont conclu que ces ondes gravitationnelles avaient pour source deux trous noirs en orbite l’un de l’autre, qui se sont attirés jusqu’à leur collision et à leur fusion. Il s’agit aussi de la première donnée d’observation indiquant que les trous noirs entrent parfois en collision.

« C’est absolument remarquable d’être témoin de deux découvertes de pointe en même temps », dit Pfeiffer. « Non seulement avons-nous réussi à mesurer pour la toute première fois des ondes gravitationnelles traversant la Terre, mais nous avons aussi déterminé que ces ondes proviennent d’objets astronomiques jamais observés jusqu’ici. »

Selon les chercheurs, les trous noirs en question étaient chacun près de 30 fois plus massifs que le Soleil et sont entrés en collision il y a environ 1,3 milliard d’années. Dans la fraction de seconde avant qu’ils ne se transforment en un gigantesque trou noir en rotation, une partie de leur masse s’est convertie en énergie. Cette énergie a explosé sous la forme d’ondes gravitationnelles qui ont traversé l’Univers.

Voyageant à la vitesse de la lumière, les ondes ont finalement atteint l’hémisphère austral de la Terre et, après avoir traversé la planète, les deux détecteurs LIGO, un à Livingston (Louisiane) et l’autre à Hanford (Washington), les ont détectées, le 14 septembre 2015. Les mesures des signaux concordaient avec les prédictions d’Einstein dans sa théorie de la relativité générale, venant confirmer son hypothèse qu’il avait présentée il y a un siècle.

LIGO a annoncé la découverte le 11 février 2016 et l’article décrivant les recherches a été accepté par la revue Physical Review Letters.

L’Institut canadien de physique théorique (ICPT), à l’Université de Toronto, est affilié à la collaboration scientifique LIGO. Pfeiffer, le membre de la faculté au sein du projet, et d’autres chercheurs de l’ICPT ont contribué à la détection et à la validation des résultats sur les ondes gravitationnelles. En outre, Pfeiffer dirige le groupe de recherche de l’ICPT sur la relativité numérique qui fait figure de chef de file mondial dans la simulation de la collision de trous noirs sur superordinateur. Grâce à ces calculs, dont nombre ont été exécutés au SciNet Consortium à l’Université de Toronto, les chercheurs peuvent cerner la forme des signaux d’ondes gravitationnelles, que LIGO a réussi à trouver, et ils peuvent mesurer la masse et le spin des trous noirs. Pfeiffer collabore avec des boursiers du programme Cosmologie et gravité de l’ICRA, dont plusieurs abordent la quête des ondes gravitationnelles de perspectives et de domaines différents.

« Je suis reconnaissant à l’ICRA des interactions précieuses qu’il a permises avec des experts mondiaux dans tous les aspects de la recherche sur la gravité. Les nombreuses perspectives représentées dans le programme Cosmologie et gravité contribuent à approfondir notre compréhension et à aiguiller plus finement les recherches vers des questions véritablement pertinentes », explique Pfeiffer.

Selon J. Richard Bond, directeur du programme, la découverte apportera un nouvel enthousiasme et de nouvelles orientations aux initiatives de recherche du programme.

« Il y a de nombreuses années, nous avons cerné les travaux de calcul sur les trous noirs en collision comme un domaine important à aborder pour le programme Cosmologie et gravité de l’ICRA, et nous avons réussi à attirer quelques-uns des plus grands chercheurs en la matière au Canada. Leurs travaux théoriques sous-tendent cette grande détection expérimentale et nous ont permis d’être l’un des maillons du réseau LIGO. Nous savions que ce jour viendrait et je suis tellement heureux que l’ICRA ait aidé LIGO à réaliser cette découverte », dit Bond.

« La détection directe des ondes gravitationnelles est une découverte formidable, historique », dit le président de l’ICRA, Alan Bernstein. « Et c’est une confirmation solide de la théorie de la relativité générale d’Einstein. »

« Au long cours, le plus important peut-être est que ces expériences ont ouvert un nouveau pan de l’histoire de l’astronomie. Cette équipe internationale de scientifiques, y compris le Dr Harald Pfeiffer, Boursier de l’ICRA, a créé une façon de regarder le cosmos que même Galilée n’aurait pu imaginer. »