Restez toujours informĂ©: suivez-nous sur Google ActualitĂ©s (icone ☆)
Albert Einstein avait prédit l'existence d'ondes gravitationnelles dès 1916 dans sa théorie de la relativité générale. Ces ondulations de l'espace-temps sont produites par des masses en accélération. Pendant longtemps, leur détection semblait impossible en raison de leur extrême faiblesse.
Le projet LIGO a finalement permis d'observer ces ondes en 2015, grâce à des interféromètres laser de grande précision. Cette découverte a ouvert une nouvelle fenêtre sur l'Univers. Elle a confirmé des phénomènes violents comme les fusions de trous noirs.
L'inflation cosmique aurait généré des ondes gravitationnelles primordiales d'une amplitude colossale. Contrairement aux ondes détectées par LIGO, elles ont des longueurs d'onde très longues. Leur signal est noyé dans le bruit de fond des détecteurs terrestres.
Le futur observatoire spatial LISA utilisera trois satellites pour former un interféromètre géant. Séparés de plusieurs millions de kilomètres, ils chercheront les infimes variations causées par ces ondes anciennes. Son lancement est prévu pour les années 2030.
Un projet encore plus ambitieux, le Big Bang Observer, envisage des dizaines de satellites pour une sensibilité accrue. Il pourrait capter les ondes primordiales les plus ténues. Pour l'instant, il reste à l'état de proposition sans financement concret.
Les trois engins spatiaux de la mission LISA formeront un triangle en orbite, avec des côtés de 5 millions de kilomètres et positionnés derrière la Terre. Ils suivront des orbites similaires à celle de la Terre, minimisant les changements de longueur dés cotés du triangle.
Image NASA
La détection de ces ondes révélerait des détails inédits sur les premiers instants de l'Univers. Elle permettrait de tester les théories sur l'inflation et l'origine de toutes les structures cosmiques.
Qu'est-ce que l'inflation cosmique ?
L'inflation cosmique est une théorie proposée dans les années 1980 pour expliquer certaines propriétés de l'Univers observable. Elle postule une expansion exponentielle ultra-rapide survenue environ 10-36 seconde après le Big Bang.
Cette phase a duré une infime fraction de seconde, mais a agrandi l'Univers d'un facteur considérable, d'un facteur 1026 voire plus encore. Elle a homogénéisé et aplani l'Univers, résolvant ainsi plusieurs problèmes cosmologiques comme l'horizon et la platitude.
Les preuves indirectes que l'on possède actuellement incluent les fluctuations de densité observées dans le fond diffus cosmologique, qui correspondent aux prédictions inflationnistes.
Illustration de l'histoire de l'Univers.
Image: Collaboration BICEP2/CERN/NASA
Comment détecte-t-on les ondes gravitationnelles ?
Les ondes gravitationnelles sont détectées grâce à des interféromètres laser qui mesurent de minuscules variations de distance. Ces instruments utilisent dans les instruments actuels des bras perpendiculaires de plusieurs kilomètres de long.
Quand une onde gravitationnelle passe, elle alterne la longueur des bras, créant un motif d'interférence dans le laser. La sensibilité requise est exceptionnel, capable de détecter des changements inférieurs à la taille d'un atome.
Les détecteurs comme LIGO sont isolés des vibrations terrestres et utilisent des miroirs ultra-réfléchissants. Ils fonctionnent en réseau pour confirmer les signaux et localiser leur source dans le ciel.
Les futures missions spatiales comme LISA éviteront le bruit sismique terrestre et pourront détecter des ondes de plus basse fréquence, comme celles engendrées juste après le Big Bang.