Discovery ouvre une nouvelle ère en astronomie

(Dan Tri) - Il y a dix ans, des scientifiques ont entendu pour la première fois le son de l'univers. Cette découverte a confirmé une prédiction importante d'Einstein et a ouvert une nouvelle ère pour l'astronomie.

À gauche : le physicien Albert Einstein, à droite : M. Carl Knox - Spécialiste en technologie créative et visualisation scientifique , Université de technologie de Swinburne, Australie.

Ce fut la première découverte des ondes gravitationnelles. Elle confirma une prédiction clé de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Aujourd'hui, une nouvelle découverte des ondes gravitationnelles confirme une théorie de Stephen Hawking, un autre « géant » de l'astronomie.

Que sont les ondes gravitationnelles ?

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière. Elles sont créées par des objets massifs accélérés à une vitesse extrême, comme la collision de trous noirs ou la fusion de restes stellaires massifs appelés étoiles à neutrons.

Ces ondulations se propageant à travers l'univers ont été observées directement pour la première fois le 14 septembre 2015 par deux détecteurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis.

Ce premier signal, appelé GW150914, provenait de la collision de deux trous noirs, chacun ayant plus de 30 fois la masse du Soleil et se trouvant à plus d'un milliard d'années-lumière de la Terre.

Il s'agissait de la première preuve directe de l'existence des ondes gravitationnelles, comme l'avait prédit la théorie de la relativité d'Einstein un siècle plus tôt. Cette découverte a valu à trois scientifiques, Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne, le prix Nobel de physique 2017.

La simulation montre des ondes gravitationnelles créées par deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre ( Vidéo : MPI).

Des centaines de signaux en moins d'une décennie

Depuis 2015, plus de 300 ondes gravitationnelles ont été observées par LIGO, en collaboration avec les détecteurs italien Virgo et japonais KAGRA.

Il y a quelques semaines à peine, la collaboration internationale LIGO/Virgo/KAGRA annonçait les derniers résultats de sa quatrième observation, doublant ainsi le nombre d’ondes gravitationnelles connues.

Dix ans après la première découverte, une collaboration internationale incluant des scientifiques australiens du Centre de découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) du Conseil australien de la recherche a récemment annoncé un nouveau signal d'onde gravitationnelle, GW250114.

Ce signal est une copie presque parfaite du premier signal d’onde gravitationnelle, codé GW150914.

Onde gravitationnelle observée GW250114 (LVK 2025). Les données d'observation sont représentées en gris clair. La courbe bleue lisse représente le modèle de forme d'onde théorique le mieux ajusté, qui présente une excellente concordance avec le signal observé.

La collision de trous noirs à l'origine de GW250114 présente des propriétés physiques très similaires à celles de GW150914. Cependant, grâce aux importantes améliorations apportées aux détecteurs d'ondes gravitationnelles au cours de la dernière décennie, le nouveau signal a été observé beaucoup plus clairement (presque quatre fois plus fort que celui de GW150914).

Ce qui est intéressant, c'est que cela nous permet de tester les idées d'un autre physicien pionnier : Stephen Hawking.

Hawking avait également raison.

Il y a plus de 50 ans, les physiciens Stephen Hawking et Jacob Bekenstein ont formulé un ensemble de lois décrivant les trous noirs.

La deuxième loi de Hawking sur la mécanique des trous noirs, également connue sous le nom de théorème des aires de Hawking, stipule que l'aire de l'horizon des événements d'un trou noir doit toujours augmenter. Autrement dit, les trous noirs ne peuvent pas s'effondrer.

Parallèlement, Bekenstein a démontré que l'aire d'un trou noir est directement liée à son entropie (ou désordre). La deuxième loi de la thermodynamique nous dit que l'entropie doit toujours augmenter : l'univers devient toujours plus désordonné. Puisque l'entropie d'un trou noir doit également augmenter avec le temps, cela nous indique que son aire doit également augmenter.

Comment tester ces idées ? Il s’avère que les collisions entre trous noirs constituent l’outil idéal. La précision de cette nouvelle mesure permet aux scientifiques de réaliser le test le plus précis du théorème des aires de Hawking à ce jour.

Des expériences précédentes utilisant la première détection, GW15091, ont suggéré que le signal était cohérent avec la loi de Hawking, mais n'ont pas pu le confirmer avec certitude.

Les trous noirs sont des objets étonnamment simples. L'aire de leur horizon dépend de leur masse et de leur rotation, seuls paramètres nécessaires à la description d'un trou noir astronomique. À leur tour, la masse et la rotation déterminent la forme des ondes gravitationnelles.

En mesurant séparément les masses et les spins de la paire de trous noirs entrants, et en les comparant à la masse et au spin du trou noir final restant après la collision, les scientifiques ont pu comparer la surface des deux trous noirs en collision individuels avec la surface du trou noir final.

Les données montrent une excellente concordance avec la prédiction théorique selon laquelle la zone devrait augmenter, soutenant fortement la loi de Hawking.

Les futures observations des ondes gravitationnelles nous permettront de tester des théories scientifiques plus exotiques, et peut-être même de sonder la nature des composants manquants de l’univers, la matière noire et l’énergie noire.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm