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Onde gravitationnelle
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En physique, une onde gravitationnelle ou onde de gravitation est une oscillation de l'espace-temps qui se propage sur de grandes distances.
Albert Einstein, dans sa théorie de la relativité générale publiée en 1915, prédit l'existence de telles ondes.
Tout comme les ondes électromagnétiques (lumière, rayon X...), les ondes gravitationnelles sont produites par des très grandes masses avec de très grands changements de vitesses, comme collisions d'étoiles, de trous noirs, rotations rapides très proches de plusieurs énormes étoiles qui perdent ainsi leur énergie par rayonnement d'ondes gravitationnelles . Les ondes gravitationnelles se propagent à la vitesse de la lumière dans le vide.
Cependant, leur existence a été longtemps débattue et Einstein a changé plusieurs fois d'avis, pour lui la question était de savoir s'il s'agissait de curiosités mathématiques ou alors d'une réalité physique.
L'origine de ces doutes vient de la très grande difficulté mathématique d'avoir un bon système de coordonnées cohérent lorsque tout change dans l'espace-temps oscillant avec les ondes gravitationnelles.
Dans les années 1960, Joseph Weber réalise le premier détecteur d'ondes gravitationnelles (les barres de Webber). C'était une tentative, en fait un échec, car la sensibilité pour détecter était dramatiquement trop faible.
Depuis 2016, leur existence est prouvée par l'observation avec LIGO.
L'observation a nécessité un projet LIGO, énorme travail sur des décennies, scientifique et humain aussi, vu la faiblesse des ondes gravitationnelles qui nécessitent une hyper-sensibilité des détecteurs, très difficile à obtenir, car très cher à construire avec beaucoup de créativité scientifique.
On mesure de très faibles modifications de dimensions de la terre lors du passage des ondes gravitationnelles.
Dans une direction, la terre se contracte très peu et dans la direction perpendiculaire, elle se dilate aussi peu.
On utilise des détecteurs par interférences capables de détecter 10^-18m , un déplacement de un millième du diamètre du noyau d'un proton détecté dans un montage interféromètre de Michelson.
Ils sont formés de 2 bras perpendiculaires tubes de 4km de long perpendiculaires sous vide, l'un se dilate pendant que l'autre se contracte très peu. La lumière avant interférences effectue 280 allers retours dans les bras de 4km, soit parcourt 1200km environ avant d'observer les interférences entre les 2 bras perpendiculaires. Ainsi la sensibilité nécessaire est atteinte.
De plus, il faut deux systèmes LIGO similaires à 3000km l'un de l'autre, à Hanford et Livingston, pour éliminer toute erreur due aux séismes, vibrations parasites et ne conserver que les signaux en coïncidence identiques quasi imperceptibles noyés dans le bruit aux deux endroits. Les LiGO sont placés dans des lieux avec très peu de séismes.
Le premier événement d'ondes gravitationnelles détecté est la fusion de 2 trous noirs d'environ 30 masses solaires assez loin à environ un milliard d'années lumière sans aucun autre signal lumineux dans le ciel. L'énergie émise en ondes gravitationnelles est gigantesque, celle contenue dans 3 fois la masse du soleil annihilée en énergie rayonnée dans les ondes gravitationnelles, selon la relation relativiste masse énergie d'Einstein.
Ces événements gigantesques sont très rares heureusement et donc ils se produisent souvent à des distances gigantesques milliards d'années lumières ce qui explique les très faibles signaux à détecter.
Si une telle fusion entre trous noirs se produisait proche de nous, par exemple une année lumière au lieu du milliard d'années lumière, l'énergie gigantesque gravitationnelle secourait très fortement la terre au point de la disloquer. Le détecteur LIGO serait inutile, détruit et la terre avec des tremblements de terre épouvantables.
En effet si le déplacement est d'environ 10^-18m pour un milliard d'années lumières, à la distance de une année lumière ce déplacement est un milliard multiplié par un milliard de fois plus fort, soit un mètre environ, selon la loi de Newton : forces comme le carré des distances.
Alors toute la terre serait secouée, tiraillée en tous sens, cassée avec des failles partout d'au moins un mètre, même en son centre et donc ce serait une catastrophe.
Un autre signal, parmi environ 90 signaux, correspond à la collision de deux étoiles à neutrons et a été confirmé par des signaux lumineux observés dans un télescope et des rayons cosmiques précis détectés.
Pareil, ces collisions sont rares, donc à très grande distances le plus souvent. Si de telles collisions et autres explosions comme les supernovas se produisaient proches de la terre à quelques dizaines d'années lumière, la terre serait soufflée, disloquée par les rayons gammas, lumineux et ondes gravitationnelles et toute vie effacée. Nous n'existons que parce que sur les 4,5 milliards d'années d'existence de la terre de telles catastrophes ne se sont pas produites près du système solaire. A l'échelle de notre univers elles sont usuelles, quelques fois par mois.
La découverte des ondes gravitationnelles ouvre un nouveau champ de recherche aux astrophysiciens, l'astronomie gravitationnelle, qui permettra de remonter au début de l'histoire de l'Univers (du Big Bang) à 380 000 ans).
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