Grâce à la mise à niveau du LIGO, des ondes gravitationnelles sont découvertes 100 ans après la publication de la théorie de la relativité générale d'Einstein

Une équipe d'astrophysiciens de l'Université de Toronto (en anglais seulement) a joué un rôle décisif dans ce que l'on appelle l'une des découvertes les plus importantes depuis des décennies : la détection directe d'ondes gravitationnelles. Le groupe travaille depuis 2010 avec des scientifiques de 15 pays dans le cadre de la collaboration scientifique de l'Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO). Cette récente percée confirme la dernière prédiction d'Einstein en vertu de sa théorie de la relativité générale un siècle après sa toute première publication.

Qu'est-ce que les ondes gravitationnelles?

Selon la théorie d'Einstein, la gravité est le résultat de la courbure de l'espace-temps et les ondes gravitationnelles sont des ondulations produites par des événements cataclysmiques, telle la collision d'objets massifs comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs. Dans le cas présent, le LIGO a apparemment détecté le deuxième cas de figure — la collision de deux trous noirs survenue à environ 1,3 milliard d'années-lumière de la Terre.

« Il est tout à fait stupéfiant d'être témoin de deux découvertes révolutionnaires à la fois, a déclaré Harald Pfeiffer, professeur agrégé, à U of T News. Nous avons non seulement pu mesurer pour la toute première fois des ondes gravitationnelles traversant la Terre, mais ces ondes provenaient d'objets astronomiques qui n'avaient jamais été observés auparavant. »

Comment fonctionne le détecteur d'ondes gravitationnelles?

Émettez un rayon laser, séparez-le en deux faisceaux à angle droit et envoyez-les dans des tubes à vide d'une longueur de 4 km, puis réverbérez-les 400 fois sur des miroirs avant de les réunir à nouveau. Si la longueur de ces parcours est parfaite, les sommets de l'un des faisceaux s'aligneront parfaitement avec les creux de l'autre, s'annulant ainsi complètement (ce que l'on appelle l'interférence destructive). Cependant, si une onde gravitationnelle traverse le détecteur, la force gravitationnelle devrait raccourcir l'un des deux parcours et allonger l'autre. Ainsi, les faisceaux ne s'annuleront pas parfaitement et produiront des fluctuations du signal. Et alors? Les ondes gravitationnelles provenant de millions ou de milliards d'années-lumière ne vont contracter les objets que d'une fraction de la longueur d'un proton; c'est donc dire que les instruments doivent être incroyablement sensibles.

Les huit premières années du LIGO se sont déroulées sans incidents

Au cours des huit premières années d'exploitation du LIGO (2002 à 2010), les tentatives de détection directe d'ondes gravitationnelles ont été vaines. À cette époque, la sensibilité du LIGO correspondait seulement aux niveaux minimums requis pour détecter des événements cataclysmiques dans les galaxies voisines. Puisque de tels événements se produisent seulement tous les dix mille ans environ dans une galaxie donnée, l'équipe des scientifiques du LIGO aurait pu devoir attendre longtemps. C'est pourquoi le LIGO a été mis hors service en 2010 afin que l'on procède à des mises à niveau techniques.

(en anglais seulement)

Le LIGO détecte des ondes gravitationnelles quatre jours avant d'être officiellement remis en service

Environ cinq ans plus tard, soit le 4 septembre 2015, le LIGO était en train de remettre en service ses observatoires à la suite des mises à niveau qui ont multiplié la sensibilité de ses équipements par dix, couvrant ainsi un espace de l'univers mille fois plus grand. C'est à ce moment-là que le LIGO a capté des signaux dans ses deux observatoires à une fraction de milliseconde de différence. Une validation rigoureuse, y compris des travaux réalisés par l'équipe de l'Université de Toronto, a confirmé que les signaux étaient effectivement des ondes gravitationnelles produites par la collision de deux trous noirs massifs mesurant 29 et 36 fois la taille de notre soleil.

La détection des ondes gravitationnelles par le LIGO ouvre une nouvelle fenêtre nous permettant d'observer l'univers

Avery Broderick, un astrophysicien de l'Université de Waterloo et de l'Institut Périmètre, explique la signification de la détection des ondes gravitationnelles dans une entrevue accordée à Wired (en anglais seulement). « Nous étudions le côté lumineux de l'univers depuis 10 000 ans, déclare M. Broderick. Le LIGO va amorcer le processus permettant d'en étudier le côté sombre. » Essentiellement, la capacité de détecter et d'analyser les ondes gravitationnelles offre une nouvelle façon d'analyser l'univers.

L'Institut Périmètre est un important centre de recherche scientifique, de formation et de sensibilisation dans le domaine de la physique théorique fondamentale. Les découvertes qui ont lieu à l'Institut Périmètre, au Waterloo Institute for Nanotechnology et à l'Institute for Quantum Computing (IQC) mènent à des débouchés commerciaux transformateurs en Ontario.

En savoir davantage sur le couloir technologique Toronto-Waterloo et découvrir pourquoi il est nommé le « super écosystème de l'innovation » du Canada.

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