Les découvreurs des ondes gravitationnelles nobélisés

Rainer Weiss, Barry Barish et Kip Thorne, trois physiciens américains ont été récompensés pour leurs contributions aux projets Ligo et Virgo qui ont permis la détection des ondes gravitationnelles.

L’Académie royale des sciences de Suède a attribué le prix Nobel de physique aux trois physiciens qui ont réussi à prouver l’existence des ondes gravitationnelles, produites par le Big Bang ou la collision de deux trous noirs.

Les découvertes de Rainer Weiss, 85 ans, Barry Barish, 81 ans, et Kip Thorne, 77 ans, ont une nouvelle fois « bouleversé le monde », selon Göran Hansson, secrétaire général de l’Académie royale des sciences. « Comme Galilée regardant dans sa lunette, c’est une nouvelle percée en astronomie, une nouvelle façon de voir l’univers », Avait déclaré Barry Barish au quotidien Le Monde il y a plusieurs semaines.

« Cela faisait 40 ans qu’on essayait de les détecter. Quel bonheur que nous y soyons finalement parvenus. C’est une expérience merveilleuse », s’est félicité Rainer Weiss joint au téléphone par l’académie des sciences. « Je m’attendais à ce que cette découverte obtienne un prix Nobel », a déclaré Kip Thorne à la radio publique suédoise SR. « Dès le début, je savais que c’était quelque chose d’important », a-t-il conclu.

Ronald Drever, physicien écossais, qui a joué un rôle de premier plan dans le développement de LIGO, est le grand absent de cette consécration. Car, il est mort il y a sept mois.

 

Les effets d’un caillou sur un plan d’eau

Les ondes gravitationnelles sont des vagues qui se propagent dans le tissu élastique de l’espace-temps dont les déformations et la courbure sont gouvernées par les équations de la relativité générale. Elles se propagent à la vitesse de la lumière en transportant de l’énergie. On peut les comparer à des déformations dans une sorte de gelée ou à la propagation des ondes à la surface de l’eau lorsqu’on y jette un caillou.

Ces ondes ont été prédites et décrites théoriquement par Albert Einstein de 1916 à 1918 par analogie avec l’émission et la propagation des ondes lumineuses dans un champ électromagnétique lorsque l’on agite une charge.

C’est au cours des années 1960 que les scientifiques ont commencé à mener des expériences en partant de l’idée qu’il devait être possible de développer une astronomie gravitationnelle très prometteuse car les ondes gravitationnelles sont très pénétrantes et elles peuvent nous renseigner sur des phénomènes astrophysiques extrêmes que l’on trouve associés à des astres compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs mais aussi le Big Bang.

La découverte en 1974 d’un premier pulsar binaire par Russell Hulse et Joseph Taylor (prix Nobel 1993) a permis de démontrer indirectement l’existence de ces ondes mais il restait à construire des instruments capables de les détecter directement.

Observation directe des ondes

Les trois lauréats de cette année ont donc été les architectes d’une nouvelle génération d’instruments capables d’observer ces ondes et mieux comprendre l’univers, au moyen de puissants rayons laser. Pour ce faire, des installations géantes ont été construites sur plusieurs continents.

Le projet a démarré aux Etats-Unis avec le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) doté de deux interféromètres, l’un en Louisiane, dans le sud-est du pays, et le second à l’autre bout du pays, dans l’Etat de Washington, dans le nord-ouest. Un interféromètre est un outil pour étudier la nature ondulatoire de la lumière. Il est constitué d’un réseau de télescopes ou segments de miroirs qui agissent ensemble pour fin de détection avec une résolution plus grande.

Une machine équivalente, baptisée VIRGO, a été construite en Europe, près de Pise, en Italie. LIGO et VIRGO ont bénéficié d’un ensemble de technologies de pointe pour détecter d’infimes variations.

Les ondes gravitationnelles ont été observées le 14 septembre 2015. Les deux interféromètres de LIGO ont détecté la même variation ; il a fallu ensuite des mois d’analyses et de vérification des données avant d’annoncer la grande nouvelle au monde entier. Il s’agissait d’une onde gravitationnelle provenant de la collision accompagnée d’une fusion de deux trous noirs.

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