Ondes gravitationnelles : comment l’observation du choc de deux étoiles a bouleversé le monde de l’astronomie

Espace

Par Gaël Weiss le

Le 16 octobre 2017 est une journée à marquer d’une pierre blanche dans le monde de l’astronomie. Pour la première fois, des scientifiques du monde entier ont pu détecter des ondes gravitationnelles, mais surtout observer ce qui les a produites. C’est ce que l’on appelle une observation « multimessagers », et cette dernière va avoir de grandes répercussions dans la façon dont on étudie l’univers.

Une vue d’artiste de deux étoiles à neutrons qui fusionnent. Crédit image :

Comment observer l’espace sans utiliser la lumière ?

Jusqu’à aujourd’hui le monde de l’astronomie faisait face à un problème de taille. Pour étudier et observer l’espace, il ne pouvait s’appuyer que sur la lumière. Que ce soit de la lumière visible à l’œil nu (un ciel étoilé, par exemple), ou de la lumière détectable uniquement à l’aide d’outils spéciaux (rayons X ou rayons infrarouges), les astronomes n’avaient qu’un seul moyen d’observer ce qu’il se passait dans l’univers.

Mais depuis le début du XXe siècle, les astronomes ont commencé à se douter qu’il existait d’autres moyens d’observer les évènements se déroulant au sein de l’univers. En 1916, un certain Albert Einstein avait prédit qu’il existait autre chose permettant de déceler des mouvements dans l’univers. Il s’agissait des ondes gravitationnelles, « des oscillations de la courbure de l’espace-temps qui se propagent à grande distance de son point de formation », selon Wikipedia.

Les ondes gravitationnelles, que l’on peut entendre mais pas voir

Le problème de ces ondes gravitationnelles, c’est que l’on a déjà pu en capter quelques-unes depuis quelques années, nous n’avons jamais pu voir d’où elles provenaient. Jusqu’à présent, les seules que les êtres humains ont pu capter provenaient de trous noirs. Et le problème des trous noirs, c’est qu’ils n’émettent aucune lumière (au contraire, ils l’absorbent) et donc qu’ils ne peuvent pas être observés à l’aide de télescope. Difficile dans ce cas de prouver qu’un ou plusieurs corps se trouvant dans l’univers propagent des ondes sans que l’on puisse les observer réellement et surtout les situer précisément.

Les répercussions de la fusion de deux étoiles à neutron

Ce qu’il s’est produit ces dernières semaines vient justement, non seulement de prouver l’existence des ondes gravitationnelles, mais aussi de découvrir précisément son origine. Cette découverte remonte très exactement au 17 août 2017, à 14 h 41. À ce moment-là, « le réseau de détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO-Virgo a enregistré un signal d’ondes gravitationnelles », explique le site de VIRGO. S’agirait-il à nouveau de deux trous noirs qui fusionneraient à nouveau ? Non, pas cette fois.

« Ce 17 août, précisément 1,7 seconde après que les détecteurs de LIGO-Virgo enregistraient leur précieux signal, le satellite Fermi captait à son tour ce que les spécialistes appellent un sursaut gamma court. En soi, rien de particulier : ces formidables bouffées de photons ultra-énergétiques, que le télescope spatial détecte en moyenne à raison d’une par semaine, sont connues depuis les années 1960, et l’on sait depuis 25 ans qu’elles ont une origine extragalactique. À ceci près que la coïncidence des deux observations faites dans la même région du ciel ne peut alors signifier qu’une chose : les sursauts gamma courts ont pour origine la fusion de deux étoiles à neutrons. » indique le journal du CNRS.

SSS17a vu par le téléscope Magellan. Crédit image :

La première observation d’astronomie gravitationnelle multimessager

Et les étoiles à neutrons ont ceci de formidable que lorsqu’elles fusionnent, elles émettent une lumière incroyable que l’on peut observer à l’aide de télescope. Très vite, une centaine de télescopes répartis partout dans le monde se braquent sur le ciel pour découvrir une zone plus lumineuse que d’habitude. Les regards se tournent du côté de la constellation de l’Hydre et quelques heures plus tard, l’objet SSS17a est repéré par un premier télescope placé au Chili puis par 70 autres. L’humanité vient d’effectuer sa première observation d’astronomie gravitationnelle multimessager (effectuée aussi bien à l’aide de télescope traditionnel que de détecteurs d’onde gravitationnelle).

Cette première a engendré de nombreuses découvertes. Ils ont d’abord eu la confirmation de l’existence des ondes gravitationnelles. Elles vont permettre aux astronomes de mieux mesurer la vitesse d’expansion de l’Univers, puisqu’ils disposent désormais de deux types d’ondes (la lumière et les ondes gravitationnelles) pour la mesurer. Enfin, l’observation de la fusion des deux étoiles à neutron et de son explosion a permis d’observer la première Kilonova. Cette dernière a permis aux scientifiques « d’expliquer la synthèse des éléments plus lourds que le fer dans l’Univers », autrement dit de savoir comment se forme l’or, le platine ou de césium.

Pour aller plus loin

Les articles au sujet de cette découverte se multiplient ces derniers jours. Il est difficile de couvrir entièrement une telle découverte. Si tout cela vous intéresse, voici quelques liens particulièrement éclairants.

Étoiles à neutrons : une fusion qui vaut de l’or sur CNRS, le Journal. Peut-être le résumé le plus clair et le plus complet que l’on puisse trouver actuellement.

La page centralisant les « Résumés grand public des publications scientifiques » de VIRGO : encore plus complet, toujours en français, mais bien plus complexe à appréhender.

La vidéo de question réponse avec un scientifique du détecteur d’onde gravitationnelle EGO/VIRGO sur la page Facebook du CNRS : une vidéo qui dure une demi-heure, mais qui revient de façon très claire sur les découvertes de ces derniers jours.