ondes gravitationnelles

Il estimait toutefois que cet effet était si infime qu'il serait certainement impossible de le démontrer. Une erreur. Un parcours à travers cent ans de recherche jusqu'au plus grand coup de maître de la physique de ce millénaire.

1916

Existence des ondes gravitationnelles

Albert Einstein publie un article intitulé « Intégration approximative des équations du champ gravitationnel ». Il y prédit pour la première fois l'existence des ondes gravitationnelles. Il les déduit des équations de sa théorie de la relativité générale, qu'il avait publiée en 1915.

1918

Nouvelles formules

Albert Einstein a établi une formule décrivant la propagation des ondes gravitationnelles, qui est encore aujourd'hui considérée comme valable par la communauté scientifique, pratiquement sans modification.

1936

Les ondes gravitationnelles existent-elles ou non ?

Einstein commence à douter de la validité de sa théorie. Avec son collaborateur Nathan Rosen, il rédige un article dans lequel ils affirment réfuter l'existence des ondes gravitationnelles. Un évaluateur relève une erreur dans leur raisonnement ; l'article est finalement publié avec des conclusions tout à fait différentes. Le doute persiste quant à l'existence ou non des ondes gravitationnelles.

Einstein commence à douter de la validité de sa théorie. Avec son collaborateur Nathan Rosen, il rédige un article dans lequel ils affirment réfuter l'existence des ondes gravitationnelles. Un évaluateur relève une erreur dans leur raisonnement ; l'article est finalement publié avec des conclusions tout à fait différentes. Le doute persiste quant à l'existence ou non des ondes gravitationnelles.

1957

« Sticky Bead » – expérience de pensée

Une conférence internationale sur la théorie de la relativité d'Einstein se tient à Chapel Hill, en Caroline du Nord. Au cœur des débats se trouve la célèbre expérience de pensée de Richard Feynman, dite « Sticky Bead ». Dans celle-ci, le physicien décrit l'effet d'une onde gravitationnelle sur une petite bille qui monte et descend le long d'un bâton, générant de la chaleur par frottement. Les chercheurs en concluent que les ondes gravitationnelles doivent exister.

1960

Le physicien Joseph Weber mène les premières expériences visant à détecter les effets infimes des ondes gravitationnelles.

1969

La preuve a-t-elle été apportée ?

Weber annonce qu'il a réussi à mettre en évidence l'existence des ondes gravitationnelles. La nouvelle fait grand bruit et incite des scientifiques du monde entier à mener des expériences complémentaires. Aucune de ces expériences n'a toutefois permis de confirmer la découverte de Weber.

1974

Preuve indirecte

Les deux astronomes américains Joseph Taylor et Russel Hulse parviennent à apporter une preuve indirecte de l'existence des ondes gravitationnelles : ils remarquent que la période de révolution de deux étoiles diminue extrêmement lentement, mais de manière constante. Le système perd donc manifestement de l'énergie. La seule explication que les chercheurs trouvent à ce phénomène est l'émission d'ondes gravitationnelles.

1992

Aux États-Unis, des chercheurs mettent en service l'observatoire LIGO (observatoire d'ondes gravitationnelles par interféromètre laser). Cette nouvelle technologie est quatre fois plus sensible que les systèmes précédents. Pourtant, les premières tentatives visant à détecter des ondes gravitationnelles échouent.

1993

Les astronomes américains Taylor et Hulse reçoivent le prix Nobel de physique pour leur détection indirecte des ondes gravitationnelles.

2015

Les détecteurs LIGO détectent des ondes gravitationnelles

Le 14 septembre 2015, les chercheurs de l'observatoire LIGO ont capté avec leurs instruments de mesure un signal décisif venu de l'espace, vieux de 1,3 milliard d'années. Deux trous noirs ont fusionné. Au cours de la dernière phase, qui a duré moins d'une seconde, le gigantesque trou noir a émis des ondes gravitationnelles si puissantes que les détecteurs LIGO ont pu les capter depuis la Terre. Les scientifiques commencent à analyser les données.

2016

Une sensation scientifique

Les scientifiques achèvent l'analyse des données. Ils en sont désormais certains : le signal qu'ils ont capté en 2015 à l'aide des détecteurs LIGO provient à 99,99999 % d'ondes gravitationnelles. Une véritable sensation scientifique.

2019

Des signaux provenant de 520 millions d'années-lumière

Le réseau international de détecteurs d'ondes gravitationnelles a capté son deuxième signal provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les détecteurs LIGO-Livingston et Virgo ont identifié ce signal, baptisé GW190425, le 25 avril 2019 comme un « événement hautement significatif ». Le signal provient d'une distance d'environ 520 millions d'années-lumière, soit quatre fois plus loin que la première onde gravitationnelle issue d'une fusion d'étoiles à neutrons en août 2017. Des chercheurs de l'Institut Albert Einstein de Hanovre ont contribué à cette découverte en mettant au point des méthodes de détection et d'analyse du signal. Ils ont élaboré des modèles des ondes gravitationnelles attendues lors de la fusion d'étoiles à neutrons.

2020

Un signal sans précédent

Les attentes des chercheurs en ondes gravitationnelles se sont concrétisées : la détection d'ondes gravitationnelles fait désormais partie de leur quotidien. Mais ils viennent de publier un signal comme ils n'en avaient jamais vu auparavant : GW190412 montre pour la première fois comment deux trous noirs de masses très différentes fusionnent – un petit trou noir d'une masse environ huit fois supérieure à celle de notre Soleil est englouti par un grand trou noir d'une masse environ 30 fois supérieure à celle du Soleil. Cette observation permet non seulement d'effectuer des mesures plus précises des propriétés astrophysiques du système, mais elle permet également aux scientifiques de LIGO-Virgo de confirmer une prédiction de la théorie de la relativité générale d'Einstein qui n'avait jusqu'alors jamais été vérifiée.