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Un détecteur d'ondes gravitationnelles capte des signaux qui pourraient remonter au Big Bang

·4 min de lecture
Simulation de la fusion de deux trous noirs (image d'illustration). (Photo: SXS)
Simulation de la fusion de deux trous noirs (image d'illustration). (Photo: SXS)

ESPACE - C’est une découverte inédite que les chercheurs interprètent avec prudence. Au terme de 153 jours d’expériences, de mystérieux signaux ont été décelés par un petit détecteur d’ondes gravitationnelles, comme l’équipe de recherche l’explique dans son article publié le 12 août dans Physical Review Letters.

“Il n’existe pas de sources bien connues d’ondes gravitationnelles de longueurs d’onde plus courtes, comprises entre quelques mètres et quelques kilomètres”, explique dans un communiqué Michael Tobar, physicien à l’Université de Western Australia à Perth, en Australie. Cependant, dans l’Univers, il y a toujours des choses auxquelles on ne s’attend pas”, a-t-il ajouté.

Le détecteur a sonné deux fois, pendant une ou deux secondes. La suite des opérations consiste désormais à identifier la nature de ces signaux. S’ils correspondent à des ondes gravitationnelles à haute fréquence, cette découverte serait sans précédent. Mais d’autres coupables peuvent avoir activé l’appareil.

Prédites il y a plus d’un siècle par Einstein, les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l’espace-temps. Il a fallu attendre 2015 pour que les gigantesques détecteurs de l’observatoire LIGO repèrent pour la première fois des ondes gravitationnelles, mais uniquement à basse fréquence et provenant d’événements extrêmes, comme une collision de trous noirs.

Pour mieux comprendre les ondes gravitationnelles, vous pouvez visionner la vidéo ci-dessous.

Minuscule détecteur pour grande captation

Michael Tobar et ses collègues ont conçu un détecteur pour les ondes gravitationnelles à haute fréquence en 2014. Leur dispositif contient un disque en cristal de quartz de 3 centimètres de diamètre et une chambre de résonance qui produit un signal électrique lorsqu’il vibre à certaines fréquences.

“Avec ce travail, nous avons démontré pour la première fois que ces appareils peuvent être utilisés comme détecteurs d’ondes gravitationnelles très sensibles”, a déclaré le physicien de l’Université d’Australie occidentale.

Le mécanisme est similaire à une cloche ou à un gong qui sonne à un ton particulier. “Si une onde gravitationnelle le frappait, cela l’exciterait”, a déclaré Michael Tobar. Le son du cristal est ensuite enregistré comme un signal électromagnétique par des capteurs électriques.

Le détecteur d'ondes gravitationnelles à cristal de quartz. (Photo: Serge Galliou)
Le détecteur d'ondes gravitationnelles à cristal de quartz. (Photo: Serge Galliou)

Plusieurs dispositions ont été mises en place pour accroître la fiabilité du résultat. Le détecteur a été placé derrière plusieurs écrans anti-rayonnement afin de le protéger des champs électromagnétiques de fond. Il a aussi été soumis à des températures extrêmement basses pour minimiser les vibrations thermiques à l’intérieur de l’appareil.

S’il y a eu deux sonneries au cours de l’expérience, les scientifiques tentent maintenant d’identifier leur origine. En effet, l’onde gravitationnelle n’est pas le seul candidat listé. La présence de particules de charge, une accumulation de contraintes mécaniques, un événement météorique ou un processus atomique interne pourraient être des solutions alternatives à l’explication d’un tel résultat.

Remonter dans le temps

Jusqu’à présent, la technologie des détecteurs comme celui de LIGO a été perfectionnée pour déceler les ondes à basse fréquence. Les ondes gravitationnelles à haute fréquence sont quant à elles bien plus difficiles à détecter, mais permettent de remonter encore plus loin dans le temps.

La longueur d’onde des ondes gravitationnelles est proportionnelle à la taille de l’Univers, et la longueur d’onde et la fréquence sont inversement proportionnelles. En clair, plus la fréquence est élevée, plus l’événement qui lui est associé s’est produit anciennement, quand l’Univers était encore plus restreint.

Ainsi, des ondes à haute fréquence (donc à faible longueur d’onde) pourraient renseigner sur le passé de l’Univers, jusqu’à sa genèse: le Big Bang. Dans un passé plus récent, elles pourraient aussi informer sur d’anciennes collisions d’énormes objets célestes, tels que les étoiles à neutrons ou les trous noirs.

Ces vibrations sont en quelque sorte les témoins de l’histoire de l’Univers, des “rides de l’espace”. Elles pourraient constituer une porte d’entrée pour accéder aux tout premiers instants de l’Univers, il y a des milliards d’années.

Une autre hypothèse avancée par Michel Tobar est que “les ondes gravitationnelles auraient été émises par un type de matière noire connu sous le nom d’axion, tournant autour d’un trou noir”. Les axions sont des particules ultralégères hypothétiques et non confirmées, qui pourraient être une partie de la matière noire. Quoi qu’il en soit, les ondes gravitationnelles ouvrent les perspectives d’une toute nouvelle physique.

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Cet article a été initialement publié sur Le HuffPost et a été actualisé.

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