Il s'agissait de la première découverte des ondes gravitationnelles. Elle a confirmé une prédiction fondamentale de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Aujourd'hui, une nouvelle découverte d'ondes gravitationnelles vient valider une théorie de Stephen Hawking, autre figure emblématique de l'astronomie.
Que sont les ondes gravitationnelles ?
Les ondes gravitationnelles sont des « ondulations » dans le tissu de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière. Elles sont créées par des objets massifs qui subissent une accélération extrêmement rapide, 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 de l'Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO) aux États-Unis.
Ce premier signal, appelé GW150914, provenait de la collision de deux trous noirs, chacun ayant une masse plus de 30 fois supérieure à celle du Soleil et situés 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, prédites par la théorie de la relativité d'Einstein un siècle auparavant. Pour cette découverte, trois scientifiques, Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne, ont reçu le prix Nobel de physique en 2017.
La simulation montre les 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, ainsi que par 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, faisant plus que doubler le nombre d'ondes gravitationnelles connues.
Dix ans après la première découverte, une collaboration internationale comprenant des scientifiques australiens du Centre de découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) du Conseil australien de la recherche a récemment annoncé un nouveau signal d'ondes gravitationnelles, GW250114.
Ce signal est une copie quasi parfaite du premier signal d'onde gravitationnelle, codé GW150914.
La collision de trous noirs qui a produit GW250114 a des propriétés physiques très similaires à celles de GW150914. Cependant, grâce aux améliorations significatives apportées aux détecteurs d'ondes gravitationnelles au cours de la dernière décennie, le nouveau signal a été observé beaucoup plus clairement (près de quatre fois plus fort que GW150914).
Ce qui est intéressant, c'est que cela nous permet de tester les idées d'un autre physicien pionnier : Stephen Hawking.
Hawking avait raison lui aussi.
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 est toujours croissante. Autrement dit, les trous noirs ne peuvent pas s'effondrer.
Par ailleurs, Bekenstein a démontré que la surface d'un trou noir est directement liée à son entropie (ou à son désordre). Le second principe de la thermodynamique stipule que l'entropie augmente toujours : l'univers devient constamment plus désordonné. Puisque l'entropie d'un trou noir augmente également avec le temps, sa surface augmente elle aussi.
Comment tester ces hypothèses ? Il s’avère que les collisions entre trous noirs constituent l’outil idéal. La précision de cette nouvelle mesure permet aux scientifiques de réaliser à ce jour le test le plus précis du théorème des aires de Hawking.
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. La surface de leur horizon dépend de leur masse et de leur rotation, les seuls paramètres nécessaires à la description d'un trou noir astronomique. La masse et la rotation déterminent quant à elles la forme des ondes gravitationnelles.
En mesurant séparément les masses et les rotations de la paire de trous noirs entrants, et en les comparant à la masse et à la rotation du trou noir final restant après la collision, les scientifiques ont pu comparer la surface des deux trous noirs individuels en collision avec la surface du trou noir final.
Les données concordent parfaitement avec la prédiction théorique selon laquelle la surface devrait augmenter, confirmant ainsi la loi de Hawking.
Les futures observations des ondes gravitationnelles nous permettront de tester des théories scientifiques plus exotiques, et peut-être même d'explorer la nature des composantes manquantes 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
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