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La mesure d’ondes gravitationnelles et sa signification

dimanche 14 février 2016, par Robert Paris

Qu’est-ce qu’une onde quadrupôle ? Simulation de collision de deux trous noirs

La mesure d’ondes gravitationnelles et sa signification

On lit partout que l’on a pu mesurer l’existence d’ondes gravitationnelles prévues dans la relativité générale d’Einstein, ce qui est une vérification de cette loi, en même temps que la vérification de l’existence des trous noirs puisque ceux-ci ont, en fusionnant, produit ces ondes. En fait, ces ondes ont été prédites d’abord par Poincaré et ne sont pas déduites de la relativité d’Einstein : lire ici Par contre, c’est Einstein qui leur a donné l’interprétation d’une déformation de l’espace-temps.

On a également appris grâce à cette expérience que ces ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière…

Mais qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ? Que fait-elle ? Comment est-elle émise ? Comment est-elle reliée à la gravitation entre les masses inertes ?

Tout d’abord qu’a-t-on mesuré ?

Ce 14 septembre, ou plus exactement il y a 1,3 milliard d’années (temps nécessaire pour que l’information nous parvienne d’aussi loin), deux trous noirs de 36 et 29 masses solaires, tournant à quelques centaines de kilomètres l’un de l’autre à une vitesse folle, et échangeant des vagues gravitationnelles énormes, ont spiralé l’un vers l’autre en accélérant jusqu’à la vitesse de la lumière, avant de se fondre en un seul trou noir de 62 masses solaires… 62… Vous trouvez que le compte n’y est pas ? En effet, dans cette fusion cataclysmique, probablement l’événement le plus violent dans l’Univers ce jour là, l’équivalent de la masse de trois Soleil a été convertie en ondes gravitationnelles, délivrant une puissance de plus de 10 puissance 50 watts, une énergie monstrueuse, inimaginable…

Quant à la fusion de deux trous noirs, comme celle qu’a observée Ligo, elle dépasse 10 puissance 50 watts, c’est à dire environ cinquante fois l’énergie produite sous forme de lumière par… l’Univers entier.

Deux trous noirs de masses respectives de 29 et 36 fois la masse du Soleil se sont rapprochés et ont fini par fusionner il y a 1,3 milliards d’années. La source se trouve donc à plus d’un milliard d’années lumière. La fusion a donné naissance à un gigantesque trou noir d’une masse finale de 62 masses solaires. Or, 29 + 36 sont sensés faire 65. Ce qui signifie que l’équivalent de 3 masses solaires a été expulsé sous forme d’ondes gravitationnelles.

L’énergie immense produite durant moins d’une demie seconde…

Pourquoi un temps aussi court ? Parce que les ondes gravitationnelles, qui font frissonner l’espace-temps courbe de la relativité générale, sont généralement faibles. Jugez-en : le système solaire entier émet sous forme d’ondes gravitationnelles une puissance de… 5000 watts ! C’est la puissance d’un projecteur de stade de football… On comprend que Albert Einstein n’a jamais cru à leur détection.

Les ondes détectées proviennent en l’occurrence de la collision de deux trous noirs. La rencontre entre ces deux corps très denses et très compacts a en effet provoqué quelques remous dans l’Univers... comme des ronds dans l’eau d’un étang après que l’on y a jeté un caillou. "En une fraction de seconde, les trous noirs entrent alors en collision à une vitesse de l’ordre de la moitié de celle de la lumière et fusionnent en un trou noir unique. Celui-ci est plus léger que la somme des deux trous noirs initiaux car une partie de leur masse (ici, l’équivalent de 3 soleils, soit une énergie colossale) s’est convertie en ondes gravitationnelles selon la célèbre formule d’Einstein E=mc2. C’est cette bouffée d’ondes gravitationnelles que les collaborations LIGO et Virgo ont observée", détaille le CNRS.

C’est donc aussi une confirmation de la relation masse/énergie…

Mais que fait l’onde gravitationnelle en se déplaçant, et comment modifie-t-elle l’espace-temps ?

La dernière découverte confirme que l’espace-temps du vide n’est pas figé mais dynamique et capable de propager des déformations.

Chaque forme d’énergie déforme l’espace-temps. Une charge électrique dite réelle, par exemple, qui se déplace produit une onde électromagnétique, qui est un mouvement des charges électriques virtuelles du vide.

Tout objet qui se trouve sur le trajet d’une onde gravitationnelle voit sa longueur varier : tout se passe comme si l’espace entre les atomes de ses molécules se distendait puis se resserrait.

La propagation des ondes gravitationnelle se fait donc à la vitesse de la lumière comme celle des ondes électromagnétiques, mais elle se fait sur un mode différent : quadrupôle et sans quasiment interagir avec la matière. Cependant, elle modifie les trajectoires de la matière en mouvement car elle modifie les propriétés de l’espace-temps du vide où ce propage cette matière.

Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, la dernière découverte est une révolution très relative : on savait déjà cela théoriquement et aussi expérimentalement de manière indirecte. C’est la première mesure directe de ce phénomène.

Mais surtout, les questions principales restent entières :

- que se passe-t-il exactement quand deux trous noirs fusionnent ?

- qu’est-ce que la gravitation et comment fonctionne-t-elle ?

- quel est son caractère quantique et comment fusionne-t-elle avec la physique quantique ?

- quelle est la particule quantique (graviton ?) correspondant à ces ondes gravitationnelles ?

- comment les ondes gravitationnelles interagissent-elles avec le vide quantique ?

et bien d’autres questions…

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle

Ne pas confondre avec onde de gravité

A la poursuite des ondes gravitationelles

Le trou noir

L’espace-temps du vide et son lien avec la matière

Quel lien entre espace, temps, matière, lumière et vide quantique ?

Le vide, … pas si vide

Le couplage de la relativité et de la quantique, produit de la rétroaction de l’expansion de l’espace et de la création-annihilation de matière au sein du vide quantique et relativiste

Une hypothèse sur l’origine quantique virtuelle de la gravitation

La théorie d’Einstein de la relativité

Qu’est-ce que le vide quantique

Théorie d’Einstein et quadrupôle gravitationnel

Lire encore Un quadrupôle Un dipôle

4 Messages de forum

  • Supernova, observation du 11 Septembre 2015

    j’ai observé à l’oeil nu l’explosion d’une supernova avec deux flachs plus le petit point noir au milieu. La durée, une seconde et demi minimum. La superficie, ¾ de lune pour le deuxième flachs. Lieu, en banlieue de la ville de Québec. Le 11 septembre 2015 à 20h30 environ, en direction ouest, hauteur 60 degrés selon mon cherche étoiles.

    Je suis conscient de ma chance.

    Merci de m’avoir lu,

    P. L.

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    • La mesure d’ondes gravitationnelles et sa signification 22 février 2016 06:08, par Robert Paris

      Merci de ton message. Les astronomes des centres d’observation confirment-ils ton observation ?

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      • Ils ne peuvent confirmer puisque je n’ai aucune demande d’enregistrement d’observation de faite et comme je ne maitrise pas bien leur site web et leur archive d’observation, je laisse tomber.

        Pour l’instant je focus sur la localisation de la source de l’onde gravitationnelle qui n’a pas encore été dévoilée à ma connaissance.

        Mon espoir est que la localisation de l’onde gravitationnelle détectée le 14 septembre, soit directement relier à mon observation du 11 septembre 2015.

        Ce qui prouverait :
        1) que je l’ai bien vu à l’œil nu explosé cette supernova.
        2) Que la vitesse de l’onde gravitationnelle ne voyage pas à la vitesse de la lumière

        Merci de me laisser espérer,

        P.L.

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  • Et de deux ! Pour la seconde fois, des détecteurs très particuliers ont tremblé sur Terre lors du passage de secousses venues de l’espace : des ondes gravitationnelles. Ces dernières sont des vibrations de l’espace-temps équivalentes aux vaguelettes créées par la chute d’un caillou à la surface d’un lac et sont décrites par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

    Leur propagation oscillante a la capacité de déformer très légèrement les distances, mais seuls des instruments très performants peuvent repérer ces modifications infimes, de l’ordre de la taille d’un atome. Depuis le 11 février, les physiciens ont cependant prouvé que c’était possible. Ce jour-là, l’équipe de l’instrument LIGO utilisant deux de ces appareils installés aux Etats-Unis, à Livingstone (Louisiane) et Hanford (Washington), a annoncé les avoir vus sursauter au passage de ces ondes.

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