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L’excellence européenne dans le domaine des ondes gravitationnelles

De jeunes chercheurs européens ont contribué à détecter le voisinage cosmique de deux trous noirs en train de fusionner ainsi qu’une paire d’étoiles à neutrons entrant en collision à des millions d’années-lumière. Voilà qui marque le début d’une nouvelle ère dans le déchiffrage des phénomènes physiques fondamentaux qui se cachent derrière les événements catastrophiques impliquant des corps massifs.
L’excellence européenne dans le domaine des ondes gravitationnelles
Les ondes gravitationnelles sont l’une des prédictions les plus remarquables de la théorie de la relativité générale formulée par Einstein. Ces ondes sont des oscillations de la courbure de l’espace-temps provoquées par l’accélération d’objets dans l’univers et se sont avérées difficiles à détecter. En effet, pour être détectables, les ondes gravitationnelles doivent être générées par des objets extrêmement denses et massifs qui se déplacent à très grande vitesse.

Grâce à une nouvelle génération de détecteurs, le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et le Virgo en Europe, les signaux des ondes gravitationnelles émis par la coalescence de deux trous noirs et par une paire d’étoiles à neutrons en collision ont été détectés. Ce résultat est une pierre angulaire dans le domaine de la physique et ouvre une nouvelle ère: celle de l’astronomie des ondes gravitationnelles.

Financé par l’UE, le projet GRAWITON était un réseau de formation initiale visionnaire qui, le premier, a anticipé la nécessité de former de jeunes chercheurs afin qu’ils soient en mesure de mener les développements futurs dans ce nouveau domaine extrêmement prometteur. Treize chercheurs en début de carrière ont ainsi reçu une formation de trois ans, et, pour la plupart, ils ont écrit des articles sur la détection et contribué de manière fondamentale à ces découvertes.

Un succès cosmique

L’étude des ondes gravitationnelles est un domaine de recherche qui s’est développé de manière impressionnante ces derniers temps grâce aux détecteurs LIGO et Virgo qui permettent aux scientifiques d’acquérir de nouvelles connaissances sur le cosmos. «La détection des ondes gravitationnelles provoquées par la fusion de deux trous noirs présentant une masse équivalente à 29 et 36 fois celle du soleil a marqué le début de la physique expérimentale impliquant les ondes gravitationnelles et de l’astrophysique des trous noirs de masse stellaire», déclare le coordinateur du projet Michele Punturo.

Deux ans plus tard, les interféromètres de Virgo et LIGO ont détecté l’onde gravitationnelle émise par la coalescence de deux étoiles à neutrons, pointant vers sa source dans le ciel et permettant aux astronomes de publier des observations sur cette collision spectaculaire. Ces observations ont apporté aux scientifiques l’opportunité sans précédent de résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies, à savoir comprendre où sont produits la moitié des éléments chimiques plus lourds que le fer, et d’identifier les causes des émissions soudaines de rayons gamma. «Avec cette détection est né le concept de ce que l’on appelle l’astronomie, la cosmologie et l’astrophysique “multimessager”», explique Punturo. «C’est le premier événement astronomique observé à la fois sous la forme d’ondes gravitationnelles et d’ondes électromagnétiques, qui sont nos messagères cosmiques».

Les résultats de ces découvertes prometteuses sont co-signés par deux chercheurs dont les doctorats ont été financés par GRAWITON. Et des chercheurs venant de France, d’Allemagne et d’Italie ont contribué à l’analyse des données et aux développements technologiques nécessaires à ces avancées remarquables. En particulier, ils ont eu l’opportunité de recourir à des appareils optiques complexes, comme des lasers de grande puissance à bas bruit et des revêtements hautement réfléchissants, et à des travaux de simulation et de modélisation.

«Les interféromètres d’ondes gravitationnelles sont les détecteurs les plus sensibles au monde, capables de capter le passage éphémère d’une onde gravitationnelle. Ces ondes génèrent des variations de longueur entre les deux bras orthogonaux de Virgo ou de LIGO de l’ordre de 10 à 19 m, soit dix mille fois plus petites que le rayon d’un proton», explique Punturo. Les chercheur du projet GRAWITON ont expérimenté des méthodes pionnière d’analyse de données afin d’extraire le signal du bruit de fond.

GRAWITON a apporté avec succès sa contribution au domaine des sciences des ondes gravitationnelles. Les scientifiques sont désormais en mesure de «voir» et «d’entendre» les événements cosmiques pour mieux les comprendre. Ce qui leur donnera la possibilité de mieux appréhender le fonctionnement de l’univers.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

GRAWITON, ondes gravitationnelles, trous noirs, LIGO, Virgo, étoiles à neutrons, relativité générale, astronomie multimessager