La gravité n'est pas seulement une force qui rassemble tout. Grâce à notre compréhension de la relativité générale, nous savons que la gravité peut produire des ondulations dans la structure des ondes gravitationnelles spatio-temporelles.
Alors, comment fonctionnent les ondes gravitationnelles ?
Peu de temps après qu'Einstein ait proposé la relativité générale, il s'est rendu compte que la gravité peut produire des ondes. Mais bientôt, il douta à nouveau de sa conclusion. Il a réalisé l'existence des ondes gravitationnelles à travers la forme simplifiée de la théorie générale de la relativité, mais Einstein ne savait pas si les ondes gravitationnelles existaient réellement ou si elles étaient simplement le produit du processus de simplification.
Il est bien connu que les équations de la relativité générale sont difficiles à résoudre, il n'est donc pas étonnant que même Einstein lui-même ait été vague à ce sujet. Il a fallu plusieurs décennies pour que les physiciens parviennent enfin à la conclusion définitive que la relativité générale soutient l'existence des ondes gravitationnelles. En d'autres termes, les ondes gravitationnelles sont réelles.
Presque tous les mouvements de l'univers produiront des ondes gravitationnelles. Comme toute autre onde, une onde gravitationnelle peut être générée par une légère oscillation. Si vous remuez l'eau, vous verrez des vagues d'eau. Si votre gorge vibre, vous ferez des ondes sonores. Si vous secouez un électron, vous créerez des ondes électromagnétiques. Pour générer des ondes gravitationnelles, il suffit d'accélérer l'objet.
Les ondes gravitationnelles se propagent vers l'extérieur à partir de la source d'ondes à la vitesse de la lumière, qui sont des ondulations sous l'action de la gravité. Lorsque l'onde gravitationnelle vous traverse, vous serez étiré et pressé, comme s'il y avait une énorme main qui vous pétrissait comme de la pâte à modeler.
Sentez-vous des ondes gravitationnelles ?
Bien que tout dans l'univers ait produit des ondes gravitationnelles, vous ne les avez jamais vraiment remarquées. Jusqu'à présent, la gravité est la plus faible des quatre forces fondamentales de la nature. Même si nous amplifions la gravité de 10^27 fois, la gravité est encore plusieurs ordres de grandeur plus faible que les trois autres forces de base : la force nucléaire faible, la force électromagnétique et la force nucléaire forte. Les ondes gravitationnelles sont plus faibles ; les ondes gravitationnelles sont de minuscules perturbations au-dessus de la gravité normale.
Cela signifie également que les ondes gravitationnelles générées par votre geste de la main sont presque totalement inexistantes. Pour créer un grand nombre d'ondes gravitationnelles dans l'espace et le temps, vous avez besoin de mouvements de masse et d'énergie très importants, tels que des collisions de trous noirs, des impacts d'étoiles à neutrons, des explosions de supernova, des trous noirs supermassifs qui engloutissent des étoiles entières, et même les forces chaotiques libérées à le début du Big Bang.
Si vous êtes à moins d'un kilomètre de deux trous noirs fusionnants, les ondes gravitationnelles libérées par la fusion des trous noirs seront suffisamment puissantes pour vous déchirer. Cependant, si vous êtes à des centaines de kilomètres, vos cheveux ne bougeront même pas.
Et notre planète est dans une position très avantageuse, à des millions ou des milliards d'années-lumière de ces événements catastrophiques. L'amplitude de l'onde gravitationnelle se propageant vers la terre ne sera pas supérieure à la largeur d'un proton.
Bien sûr, les ondes gravitationnelles sont aussi très mystérieuses
Parce que les ondes gravitationnelles sont extrêmement faibles, il a fallu près d'un quart de siècle de développement technologique pour que les humains détectent enfin les ondes gravitationnelles. En 2015, le Laser Interference Gravitational Wave Observatory (LIGO) a confirmé la première détection d'ondes gravitationnelles. L'onde gravitationnelle provient de la fusion de deux trous noirs distants de 1,4 milliard d'années-lumière.
Les ondes gravitationnelles faibles ont également un avantage : parce que les ondes gravitationnelles sont très faibles, elles n'interagissent pratiquement pas avec la matière, de sorte que les ondes gravitationnelles peuvent voyager librement dans l'univers sans être dispersées ou absorbées. Cela signifie également que nous pouvons voir des choses qui ne sont pas normalement vues.
Si deux trous noirs entrent en collision au milieu de l'espace, comment pouvons-nous observer cet événement ? Si les deux trous noirs n'avaient libéré aucune forme de rayonnement électromagnétique lors de la collision, notre télescope ne serait pas en mesure d'observer l'ensemble du processus. Cependant, ces collisions libèrent une grande quantité d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, généralement plus que la somme de l'énergie produite par toutes les étoiles de l'univers.
Depuis que LIGO a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles en 2015, LIGO et Virgo, un autre grand interféromètre en Italie également utilisé pour détecter les ondes gravitationnelles, ont confirmé plus de 48 événements de collision de trous noirs. Nous sommes passés de la détection occasionnelle d'ondes gravitationnelles à une branche mature de l'astronomie. Ces vibrations microsecondes aideront la prochaine génération d'astronomes à mieux comprendre le fonctionnement interne de l'univers et les mystères nouvellement découverts.
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