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Sommaire de cette page

>>> Relativité

>>> Onde gravitationnelle

>>> Ondes de gravité et ondes gravitationnelles

>>> Mesure – Interférométrie

>>> Preuve indirecte en 1974 – Nobel en 1993

>>> Anglais

>>> Bilan

 

 

 

 

 

 

 

ONDES GRAVITATIONNELLES

"Vibrations de l'espace-temps"

 

 

Le 11 février 2016: date historique: on a mesuré une onde gravitationnelle. Où il est question d'espace-temps et de ses déformations.

Nouvelle jugée comme aussi importante que celle de la découverte du boson de Higgs par les physiciens.

Voir Actualités 2016

 

Relativité

"Depuis la théorie de la Relativité Restreinte, on sait que le temps et l'espace ne doivent plus être considérés séparément. Espace et temps sont intimement liés par une constante universelle, la vitesse de la lumière dans le vide. La généralisation de cette théorie par la théorie de la Relativité Générale, a montré que les masses produisent des déformations de l'espace-temps faisant apparaître les forces d'attraction gravitationnelles."

Georges Paturel

 

image012.jpg

Vue d'artiste de la fusion entre deux trous noirs – Source NASA

 

Voir Pensées & humour

 

 

 

Onde gravitationnelle

 

11 février 2016:

Les chercheurs ont réussi à mesurer une onde gravitationnelle due à la coalescence (fusion) de deux trous noirs situées à environ un milliard d'années-lumière.

Caltech, du MIT et du Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory – Washington state).

 

Cette annonce intervient un siècle après leur prédiction par Albert Einstein (de 1916 à 1918).

 

Les équations de la relativité générale conduisent naturellement à la prédiction d'existence des ondes gravitationnelles.

 

 

Première preuve directe de l'existence des trous noirs.

 

Désormais, la connaissance de l'Univers via les ondes électromagnétiques, serait complétée de l'observation par ondes gravitationnelles.

 

trou.jpg

Image NASA/JPL-Caltech

 

 

 

L'espace est une structure dynamique dit la relativité générale: notre univers est décrit sous la forme d’un espace-temps.

 

Les ondes gravitationnelles sont des vibrations de cet espace-temps, des oscillations provoquées par des mouvements de matière ou d’énergie.

 

Oui, mais … des amplitudes de l'ordre de 10-20 mètre, beaucoup moins que la taille d'un atome, plutôt la taille d'un quark.

 

La déformation avait été démontrée, notamment en observant la modification de la trajectoire des rayons lumineux autour du Soleil (lentilles gravitationnelles).

 

 

Image du tapis tendu (l'univers) sur lequel on laisse tomber des masses importantes (les étoiles). Le tapis est déformé. Et, il se déforme continuellement du fait du mouvement de ces masses. On donne aussi l'image d'une boule de pétanque sur un coussin.

 

 

Si la masse est immobile, il ne se passe rien d'autre, mais…

 

 

 

Un autre effet de la gravitation: lorsqu'un objet massif accélère, il va créer des perturbations dans l'espace-temps: des ondes gravitationnelles.

 

Déplacement à la vitesse de la lumière, sauf si le graviton avait une masse, même infime.

 

Origine:

*    gigantesques explosions cosmiques,

*    étoiles massives tournant autour l'une de l'autre (étoiles à neutrons, pulsars),

*    trous noirs en train de fusionner,

*    Bigbang 

 

 

 

…si la masse est en mouvement, elle crée des ondes qui se propagent.

 

 

Un caillou jeté dans un étang crée des vagues, des ondes.

 

 

Ondes de gravité et ondes gravitationnelles

attention.png  Ondes de gravité: onde se déplaçant sur la surface libre d'un fluide soumis à la gravité; c'est le cas des vagues.

En trois dimensions, les ondes de gravité météorologiques sont les variations de pression atmosphérique concentriques créées par la chute d'une masse d'air.

Voir Ondes

 

 

 

Mesure – Interférométrie

 

L'instrument nécessaire est un interféromètre, mais un très grand pour être très sensible.

 

Deux bras de 3 à 4 kilomètres.

Des rayons laser se réfléchissent dans les miroirs

 

Trois tels appareils seront couplés:

*    Ligo à Handford (Washington) des États-Unis (illustration);

*    Virgo à Pise en Italie, couplé en mi-2016, et

*    Kagra au Japon en 2018.

 

Note: ces appareils doivent être insensibles aux ondes sismiques!

 

La vitesse de la lumière est constante.

 

La moindre déformation sur les bras modifie le temps de parcours différentiel. Traquer une déformation de l'espace revient alors à mesurer un écart de temps de parcours de la lumière sur chacun des bras.

Les mesures sont de plus en plus précises et les améliorations récentes ont permis cette percée.

 

Interf.jpg

 

 

 

Preuve indirecte en 1974 – Nobel en 1993

 

Russel Hulse et Joseph Taylor – Prix Nobel de physique pour cette découverte.

C'est un français, T. Damour qui calcula ce que prévoyait la théorie: variation de la période orbitale du pulsar: 75 µs/an.
La mesure donna: 76
 2 µs.

 

 

Principe

Un système d'étoiles double (deux objets massifs en mouvement) émet des ondes gravitationnelles.

Cette émission engendre une perte d'énergie, qui modifie sa rotation.

 

 

 

 

Observation

Un système binaire d'étoiles type pulsar, une étoile à neutrons qui émet de puissants jets d'énergie. Observation du mouvement de ces deux étoiles autour l'une de l'autre via le rythme des impulsions émises.

Ces deux scientifiques ont pu détecter une variation d'énergie correspondant exactement à celle prévue par la théorie.

 

Image NASA

 

 

 

 

English corner

 

Gravitational waves are distortions or 'ripples' in the fabric of space-time caused by some of the most violent and energetic processes in the Universe.

Albert Einstein predicted the existence of gravitational waves in 1916 in his general theory of relativity. Einstein's mathematics showed that massive accelerating objects (such as neutron stars or black holes orbiting each other) would disrupt space-time in such a way that 'waves' of distorted space would radiate from the source.

Furthermore, these ripples would travel at the speed of light through the Universe, carrying with them information about their cataclysmic origins, as well as invaluable clues to the nature of gravity itself.

Source LIGO Caltech

 

Voir Anglais

 

 

 

Bilan

Si l'on sait détecter et mesurer les ondes gravitationnelles, alors possibilités de:

*    découvertes de propriétés de l'Univers qui ne sont pas à la portée des observations par ondes électromagnétiques;

Parole d'astronome: jusqu’à présent on avait la vue, maintenant on a l’ouïe.

 

*    observation des trous noirs dont l'existence est aujourd'hui confirmée par leurs effets; observation de leurs collisions ou de leurs fusions:

*    confirmation ou non de l'existence du graviton et de sa masse éventuelle;

*    existence d'autres types d'ondes gravitationnelles (scalaires, alors que celles observées sont tensorielles).

 

Les possibilités offertes par la détection d'ondes gravitationnelles pourraient révolutionner l'astrophysique d'autant que ces ondes n'interagissent pas avec la matière; elles voyagent à travers le cosmos sans être perturbées.

 

 

 

 

 

 

 

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Sites

*         Les ondes gravitationnelles – Georges Paturel

*         Ondes gravitationnelles – Wikipédia

*         The spectrum of gravitational wave astronomyNANOgrav

*         What are Gravitational Waves? – LIGO Caltech

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http://villemin.gerard.free.fr/Cosmogra/Ondegrav.htm