Observation d'ondes gravitationnelles et fusion de trous noirs : tout ce qu'il faut  savoir

Observation d’ondes gravitationnelles et fusion de trous noirs : tout ce qu’il faut savoir

Prenez votre planche de surf quantique, c'est parti !

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Sébastien Gavois

Publié dans

Sciences et espace

12/02/2016 16 minutes
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Observation d'ondes gravitationnelles et fusion de trous noirs : tout ce qu'il faut  savoir

Comme l'avait prédit Einstein, des chercheurs annoncent avoir observé de manière directe des ondes gravitationnelles, sans « aucune place au doute », ainsi que la fusion de deux trous noirs. Une première ! Au-delà du buzz médiatique, que faut-il en retenir et quelles perspectives cela ouvre-t-il pour la science ?

Hier après-midi, des chercheurs du laboratoire Virgo à Pise en Italie, de LIGO aux États-Unis et du CNRS à Paris se sont succédés durant une conférence de presse pour annoncer « la première observation directe d'ondes gravitationnelles ». Cette détection est le fruit de la fusion de deux trous noirs qui a eu lieu à 1,3 milliard d’années-lumière. En quoi cette découverte est importante et quelles en sont les conséquences ? On fait le tour du sujet en dix questions/réponses.

Une onde gravitationnelle, c’est quoi exactement ?

Avant d’attaquer les choses sérieuses, il est important de définir ce qu’est exactement une onde gravitationnelle. Sylvie Leon, scientifique spécialisée dans la physique fondamentale au CNES explique qu’il s’agit d’une « oscillation de l’espace-temps » (voir notre actualité sur le voyage dans le temps et les trous de ver).

Pour imager un peu ce phénomène, elle ajoute qu'il s’agit « de petites vaguelettes qui se propagent dans la structure de l’espace-temps et qui changent sa géométrie ». Pour faire une analogie avec ce qui nous entoure, c’est un peu le même phénomène que lorsqu’on jette un caillou dans l’eau. La prédiction de l'existence d'ondes gravitationnelles est attribuée à Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale, publiée il y a tout juste 100 ans.

Le CNRS explique que, selon les prédictions d’Einstein, « certains événements particulièrement énergétiques dans le cosmos, comme la fusion de trous noirs, doivent produire une bouffée d’ondes dites gravitationnelles ». Avant d’entrer en fusion, les deux objets célestes d’une masse très importante (pulsars, étoiles à neutrons, trous noirs, etc.) tournent l’un autour de l’autre de plus en plus vite (ils se rapprochent de la vitesse de la lumière), déformant de plus en plus l’espace-temps qui se trouve autour d’eux. Juste avant la fusion, ils dégagent une importante quantité d’énergie sous la forme d’ondes gravitationnelles.

Grâce à la fameuse équation E=mc² (l’énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré), on a une idée très précise de la quantité d’énergie (et donc des ondes gravitationnelles) dégagée par la fusion de deux trous noirs. En effet, lors de la fusion, la masse du nouveau trou noir est inférieure à la somme des masses. Avec l'équation d'Einstein, on connait l'énergie correspondante.

Comment a-t-on pu détecter des ondes gravitationnelles avec certitude ?

Détecter une onde gravitationnelle revient donc à mesurer une déformation (infime) de l’espace-temps, mais aussi des objets célestes qui sont sur son passage, comme les planètes. Sur Terre, cela passe par exemple par la diminution ou l’augmentation de la longueur d’un objet. Durant la conférence, les chercheurs expliquent que lors du passage d’une onde gravitationnelle, la taille de la pièce change, et c’est justement cette modification qu’ils tentent de mesurer à l'aide de machines spéciales.

Problème, ce changement est très (très (très...)) petit, de l’ordre du milliardième de la taille d’un atome. Pour arriver à détecter cette infime variation, les scientifiques utilisent un interféromètre de Michelson. LIGO en dispose de deux : un à Hanford dans l’État de Washington et un second à Livingston en Louisiane. De son côté, Virgo (une réalisation franco-italienne) se trouve à Pise en Italie.

Dans tous les cas, le fonctionnement est le même : un faisceau laser est envoyé par un émetteur, puis il est divisé en deux par une lame séparatrice (un miroir). Chaque « moitié » du faisceau fait ensuite des allers-retours dans un des bras de l’interféromètre. Ils sont placés à 90° l’un de l’autre et mesurent plusieurs kilomètres de long. Les deux parties du faisceau se retrouvent ensuite et, si aucun décalage n’a été mesuré, ils « s’annulent » l’un l’autre :

S'ils ne s'annulent pas, c'est qu'ils ne sont plus synchronisés et qu’ils n’ont pas parcouru la même distance. De fait, les bras n’avaient plus la même longueur lors de l’expérience. Seule solution scientifique pour expliquer ce phénomène (sauf erreur de mesure et incertitudes expérimentales bien évidemment) : des ondes gravitationnelles sont passées par là. Elles ont déformé l’espace-temps et donc la longueur des bras de l’interféromètre.

Bien évidemment, ces machines sont construites avec la plus grande précision : les lasers passent dans des tubes « sous vide extrême », les miroirs sont montés sur « des atténuateurs sismiques », etc. Pour rappel, les variations recherchées dans ce genre de machines sont un milliard de fois plus petites que la taille d'un atome. Afin de donner une idée de la sensibilité des machines, le CNRS explique que « même une vague qui percuterait la côte à des dizaines de kilomètres pourrait provoquer des vibrations qui pollueraient les mesures ».

Quand a eu lieu la première détection directe des ondes gravitationnelles ?

Or, c’est justement ce qui s’est passé aux États-Unis dans les deux interféromètres LIGO situés à près de 3 000 kilomètres l’un de l’autre. Le 14 septembre 2015, à 11h51 (9h51 GMT) précisément, les deux machines ont enregistré des variations similaires, avec 7 millisecondes d’écart.

Lors de la traditionnelle session de questions/réponses, Tania Regimbau expliquait que les détecteurs fonctionnaient parfaitement bien, que la météo était calme autour des interféromètres, que le signal était propre et que, surtout, il a été détecté dans deux laboratoires différents, situés à 3 000 kilomètres l’un de l’autre. Bref, cela ne laisse « aucune place au doute » pour elle.

Ondes gravitationnelles
Crédits : Caltech/LIGO

Où s’est produite la fusion des deux trous noirs ?

« L’analyse des données a permis aux scientifiques des collaborations LIGO et Virgo d’estimer que les deux trous noirs ont fusionné il y a 1,3 milliard d’années, et avaient des masses d’environ 29 et 36 fois celle du Soleil » explique le CNRS. « Les ondes gravitationnelles détectées ont été produites pendant la dernière fraction de seconde précédant la fusion de deux trous noirs en un trou noir unique, plus massif et en rotation sur lui-même ».

Selon les chercheurs, le résultat de cette fusion a donné naissance à un trou noir de 62 fois la masse du Soleil, soit une perte de l’équivalent de 3 Soleils (près de 6 x 10^30 kg tout de même), qui a donné lieu à des ondes gravitationnelles, qui se déplacent ensuite dans tout l'Univers à la vitesse de la lumière.

On ne connait par contre pas très précisément l’endroit de l’Univers d’où viennent les ondes gravitationnelles. « C’est très approximatif » confie un des chercheurs durant la conférence ; les deux trous noirs se situaient dans une « grosse tache » de l’ordre de 1 % du ciel. Un chiffre qui paraît faible, mais qui recouvre une vaste réalité.

Pour tenter d’essayer de se rendre compte de l’immensité de l’Univers, citons l’exemple du champ extrêmement profond de Hubble (voir cette actualité). Le télescope spatial avait photographié une toute petite partie de l’espace dans laquelle il ne semblait pas y avoir grand-chose, pour finalement y découvrir près de 5 000 galaxies, chacune avec plusieurs centaines de millions d’étoiles. Cela revient donc à chercher un fragment d’aiguille dans un océan de bottes de foin.

Le problème étant qu’avec deux points de mesure il n’est pas possible de faire une triangulation propre. « Si on avait eu Virgo, cette tache on aurait pu la réduire d’un facteur 100 » précise les scientifiques. Ce n’était pas pour cette fois et il faudra encore attendre fin 2016 pour que Virgo retrouve son fonctionnement normal. L'interféromètre franco-italien est en effet en maintenance pour améliorer ses performances, une mise à jour déjà effectuée sur LIGO et qui a porté ses fruits puisqu'elle a permis de détecter des ondes gravitationnelles. Par la suite, des détecteurs sont également prévus au Japon et en Inde, ce qui permettra d'augmenter encore la précision de la triangulation.

Cette découverte en cache-t-elle une autre sur les trous noirs ? 

Moins médiatisée, mais également très importante, cette observation directe des ondes gravitationnelles induit une seconde découverte majeure : « Nous affirmons que nous avons vu la fusion de deux trous noirs » expliquait le CNRS durant la conférence de presse. Là encore, il s’agit d’une première. En effet, « la possibilité d’une telle collision de deux trous noirs avait été prédite, mais ce phénomène n’avait jamais été observé ».

Dans cette étude, il est également indiqué que « la conclusion des physiciens est que les ondes gravitationnelles détectées ont été produites pendant la dernière fraction de seconde précédant la fusion de deux trous noirs en un trou noir unique, plus massif et en rotation sur lui-même ».

Bien évidemment, des travaux sont en cours et d’autres publications permettront sûrement d’en apprendre davantage dans les mois qui viennent, que ce soit sur les trous noirs, les ondes gravitationnelles... mais probablement pas sur La grande question sur la vie, l’Univers et le reste, dommage.

Est-ce un cas isolé, ou bien d’autres détections sont-elles attendues ?

Pour le moment, les mesures du 14 septembre 2015 sont les seules qui permettent de confirmer la présence d’ondes gravitationnelles. Un « run » de mesure a été effectué entre septembre et janvier, mais sans donner d’autres résultats exploitables pour le moment. De nouveaux « runs » sont évidemment en préparation.

Le CNRS précise qu’il s’agissait de la première campagne d’observations d’Advanced LIGO, la version améliorée de LIGO. Les scientifiques ont du coup bon espoir de réaliser « quelques ou quelques dizaines de détections par an ». Ils souhaitent également que cela puisse « accélérer les programmes qui s’intéressent aux ondes gravitationnelles », et ainsi multiplier les chances de mesurer des ondes gravitationnelles.

Qui sont les chercheurs à l’origine de cette découverte ?

Alors que les rumeurs faisaient état d’une publication dans la revue Nature, cette découverte a finalement été acceptée et publiée par Physical Review Letters. Le CNRS explique que, « autour de LIGO s’est constituée la "collaboration scientifique LIGO" (LIGO Scientific Collaboration, LSC), un groupe de plus de 1 000 scientifiques travaillant dans des Universités aux États-Unis et dans 14 autres pays ».

Les laboratoires de LIGO et Virgo sont associés depuis maintenant plus de 10 ans, que ce soit pour le partage des mesures, des idées, des avancées ou des recherches. Il a donc été décidé de mettre en cosignataires le millier de scientifiques engagés dans cette aventure.

Dans le lot, on retrouve 75 scientifiques français répartis dans six équipes du CNRS et les Universités associées. Ils proviennent ainsi des laboratoires Astroparticule et cosmologie de Paris, Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux de Nice, de l’accélérateur linéaire d’Orsay, d’Annecy-le-Vieux, de Kastler Brossel de Paris et enfin des matériaux avancés à Villeurbanne.

Thierry Mandon, le secrétaire d’État en charge de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, était présent à la conférence de presse du CNRS. Il a profité de l’occasion pour féliciter les chercheurs et rappeler la présence de la France dans les cosignataires : « C’est exceptionnel ce qui se passe aujourd’hui ». Il ajoute qu’on « est en plein dans la recherche fondamentale [...] On est au-delà de l’utilité, on est aux frontières de la connaissance ». Une manière de rappeler que oui, cette découverte n’a pas de conséquence directe dans la vie de tous les jours (dans l’immédiat tout au moins), mais qu'elle reste très importante et qu'il faut continuer d'œuvrer dans la recherche fondamentale.

Einstein ne l’avait-il déjà annoncé dans son principe de relativité générale ?

Certains évoquent parfois la découverte d’ondes gravitationnelles, mais Einstein en parlait déjà il y a 100 ans. On peut se donc demander ce qu’il y a de nouveau. La réponse pourrait être à la fois rien et tout. En effet, il n’y a « rien » de nouveau dans le sens où les ondes se comportent comme l’avait prédit Einstein. D’un autre côté, cela permet de confirmer cette partie de la théorie de la relativité générale par des mesures scientifiques, ce qui est tout sauf anodin.

« C’est à la fois un aboutissement et aussi le début d’une nouvelle forme d’astronomie, d’une nouvelle fenêtre sur l’Univers » explique Nicolas Arnaud, physicien. « Cette astronomie nous permettra de mieux comprendre la gravitation, la plus faible des forces fondamentales, mais qui gouverne les grandes structures de l’Univers » renchéri le CNRS. Bref, cette découverte est la première pierre des fondations de la gravitation et, même si Einstein l’avait prédit il y a un siècle, on en a désormais la confirmation.

Pour rappel, « une preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles avait été fournie par l’étude de l’objet PSR 1913+16, découvert en 1974 par Russel Hulse et Joseph Taylor – lauréats du prix Nobel de physique 1993 ». Cette fois-ci, l’observation est directe et cela change tout. Pour certains, cette découverte pourrait valoir le prix Nobel de physique. Reste maintenant à voir comment l’académie Nobel départagera le millier de cosignataires, mais c’est une autre histoire.

Quoi qu’il en soit, « on va enfin avoir un outil pour tester la gravitation, la relativité d’Einstein » se réjouit un des scientifiques, voire « préparer la prochaine théorie, si prochaine théorie il y aura ». Pour rappel, la théorie de la relativité générale est venue supplanter la théorie de la gravitation de Newton. Il se pourrait donc à son tour que la relativité générale soit supplantée par une autre théorie.

Ondes gravitationnelles
Crédits : NASA

Quelles sont les conséquences de cette découverte ?

Cette détection directe ouvre visiblement de nombreuses portes. Les scientifiques cosignataires de cette étude expliquent tout d’abord que « les ondes gravitationnelles portent en elles des informations qui ne peuvent pas être obtenues autrement, concernant à la fois leurs origines extraordinaires (des phénomènes violents dans l’Univers) et la nature de la gravitation ».

Il y a quelques années, Benoît Mours (un des chercheurs présents lors de la conférence de presse d’hier) expliquait que la découverte des ondes gravitationnelles permettrait « de mieux comprendre la relativité générale, la gravitation et peut-être lever un voile sur le mystère de l’énergie noire ». Ce dernier point semble d’ailleurs toujours autant intéresser le CNRS qui explique dans son communiqué de presse d’hier que « l’Univers reste très mystérieux : 95 % de son contenu, la matière noire et l’énergie noire, nous sont invisibles alors qu’elles ont un effet gravitationnel ».

« Un des buts ultimes de la recherche des ondes gravitationnelles serait de faire une photo du Big Bang. Le Big Bang produit plein d’ondes gravitationnelles, et si on mesurait ces ondes gravitationnelles là, on aurait une photo un milliardième de seconde après le Big Bang, la photo la plus ancienne du Big Bang ». Durant la conférence de presse, Tania Regimbau tempère par contre les attentes de certains : ce n’est « pas demain » que l’on va détecter le Big Bang, mais « oui ça serait possible ». Il faudra pour cela développer d’autres interféromètres encore plus sensibles.

Quid des missions LISA Pathfinder et eLISA du CNES ?

LIGO et Virgo ne sont pas les seuls à s’intéresser aux ondes gravitationnelles, le CNES se penche également sur la question avec son programme LISA Pathfinder dont le premier satellite a été envoyé en orbite début décembre. Il ne s’agit pour le moment que de valider les instruments et la technique qui sera ensuite employée par le projet eLISA, bien plus vaste.

Le principe de fonctionnement reste le même avec un interféromètre, mais dans une tout autre dimension. En effet, alors que les bras de LIGO/Virgo ne font que quelques kilomètres de long, ceux que eLISA feront quelques... millions de kilomètres avec le placement de trois satellites. Il sera donc plus facile de mesurer des modifications de l’espace-temps, mais surtout de repérer des vaguelettes bien plus petites.

Pour le CNRS, « il n y’a pas de course », LIGO/Virgo et (e)LISA « regardent des choses différentes », ce qui n’empêche pas le CNRS de savourer sa « victoire » et d’être dans le groupe de tête. Dans tous les cas, eLISA est « relativement différent », car il observera « des ondes gravitationnelles dans l’espace, de plus grandes longueurs d’onde, plus basses fréquences ». Reste à voir si cela sera suffisant pour détecter celles du Big Bang. Il faudra attendre des années avant d’avoir les premiers résultats puisque la mission ne devrait débuter qu’en 2028.

Pour Paul McNamara de l'ESA, les possibilités qui seront offertes par eLISA iront dans le même sens que la découverte de LIGO-Virgo. « Cette mission [NDLR : eLISA] est importante pour l'astrophysique, car elle ouvre une nouvelle porte sur l'Univers, une porte sur les ondes gravitationnelles. Et ces ondes gravitationnelles permettent de remonter très tôt dans l'histoire de l'Univers, d'en savoir plus sur la formation des étoiles et des galaxies et de mesurer des trous noirs supermassifs. Et au fond nous mesurons la gravité de l'Univers, la force fondamentale de notre Univers ». Entre eLISA et le télescope spatial James Webb, les prochaines années promettent d’être riches en découvertes.

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Écrit par Sébastien Gavois

Tiens, en parlant de ça :

Sommaire de l'article

Introduction

Une onde gravitationnelle, c’est quoi exactement ?

Comment a-t-on pu détecter des ondes gravitationnelles avec certitude ?

Quand a eu lieu la première détection directe des ondes gravitationnelles ?

Où s’est produite la fusion des deux trous noirs ?

Cette découverte en cache-t-elle une autre sur les trous noirs ? 

Est-ce un cas isolé, ou bien d’autres détections sont-elles attendues ?

Qui sont les chercheurs à l’origine de cette découverte ?

Einstein ne l’avait-il déjà annoncé dans son principe de relativité générale ?

Quelles sont les conséquences de cette découverte ?

Quid des missions LISA Pathfinder et eLISA du CNES ?

Le brief de ce matin n'est pas encore là

Partez acheter vos croissants
Et faites chauffer votre bouilloire,
Le brief arrive dans un instant,
Tout frais du matin, gardez espoir.

Commentaires (52)


Merci pour cet article.



La fusion signe juste d’un bref signal. Ce n’est pas un phénomène long. (a priori fusion rapide, et pas/peu de mise en rotation, donc)


Merci pour ce récapitulatif.



Si ces ondes voyagent à la vitesse de la lumière, cela suppose que les particules qui les sous-tendent sont sans masse : ce n’est pas encore prouvé.

Les plus attentifs étaient au courant depuis septembre de la probable découverte des ondes gravitationnelles, le cosmologiste L. Krauss ayant « annoncé » une rumeur bien informée.



On peut dire aussi que si l’on parvient à mapper l’univers avec ces techniques comme on l’a fait avec le fond diffus cosmologique (qui lui remonte à environ 380 000 ans après le Big Bang), on pourra s’approcher à environ 1 seconde après le Big Bang. L’enjeu est donc important.


Sauf erreur, la propagation de la gravitation n’a pas besoin de matière; c’est une déformation de champs.

 


Merci pour ce résumé!

Je trouve vraiment bien que ce genre de découverte soit relayée en masse. Par contre on trouve de tout et n’importe quoi malheureusement.



En tout cas, c’est une belle découverte et leur utilité est indéniable.

Ce que je trouve également cocasse, c’est qu’il y a 100ans d’écart entre la théorie et la pratique (bon certes c’est juste parce qu’on résonne en base 10, mais quand même). <img data-src=" />


y’en a qui vont encore se taper des migraines avec ces ondes … surement cancérigènes en plus.



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Essayer de sous-tendre une particule à ce phénomène est une tout autre question. En relativité générale la gravitation and co provient d’une déformation de l’espace-temps et il n’y est pas question de particule. La physique des particules (modèle standard and co) tente de l’expliquer par une particule et son champ associé, et c’est déjà loin de faire un consensus théorique pour l’instant. C’est d’ailleurs un gros enjeu de faire converger ces deux théories.



Petit aparté mais une particule massive peut atteindre la vitesse de la lumière, sur un court instant, à travers une violation de la conservation masse-energie via le principe d’incertitude d’Heisenberg ;)








lothoaheur a écrit :



Essayer de sous-tendre une particule à ce phénomène est une tout autre question. En relativité générale la gravitation and co provient d’une déformation de l’espace-temps et il n’y est pas question de particule. La physique des particules (modèle standard and co) tente de l’expliquer par une particule et son champ associé, et c’est déjà loin de faire un consensus théorique pour l’instant. C’est d’ailleurs un gros enjeu de faire converger ces deux théories.



Petit aparté mais une particule massive peut atteindre la vitesse de la lumière, sur un court instant, à travers une violation de la conservation masse-energie via le principe d’incertitude d’Heisenberg ;)





En relativité classique, oui, mais il existe des théories de la gravitation modifiées où cette déformation peut faire intervenir une particule (graviton). Il y a un article de revue récent sur ce sujet.



Très bon article, bien détaillé.

Pour les plus paresseux, une vidéo de science étonnante qui en parle :https://www.youtube.com/watch?v=1WKWEbmaN30


Bravo, c’est pour ce genre d’articles que je viens ici tous les jours.


Oui c’est ce que je disais (peut-être maladroitement), qu’il y a des théories tentant d’accorder gravitation du point de vue relat. G et physique des particules.

Mais il n’y en a pas encore qui font véritablement consensus








lothoaheur a écrit :



Oui c’est ce que je disais (peut-être maladroitement), qu’il y a des théories tentant d’accorder gravitation du point de vue relat. G et physique des particules.

Mais il n’y en a pas encore qui font véritablement consensus





Il n’y a pas de consensus en Science, il y a des théories qui expliquent et prédisent correctement et d’autres non (ou moins bien). Les théories des cordes/théorie M semblent en pointe pour unifier la Physique.



Si si il y a des théories qui font consensus en physique, bien que ce ne soit pas toujours celles-là qui se vérifient (par exemple Boltzmann et ses théories sur la physique statistique ont longtemps été décrié).



Après il ya des théories qui ont plus de “supporters” que d’autres mais il y a aussi des effets de modes xD.

Concernant la théorie des cordes et dérivées … elles ont pas que des supporters … surtout qu’elles sont extrêmement difficiles (voir impossible …) à valider expérimentalement. Pour l’instant on est très loin d’unifier quantique et relat. G.


Merci pour cet article <img data-src=" />

Ce fût bien intéressant.


Peut-être la propulsion gravitationnelle dans quelques décennies.😎


Merci pour ce super article ! :)








lothoaheur a écrit :



Si si il y a des théories qui font consensus en physique, bien que ce ne soit pas toujours celles-là qui se vérifient (par exemple Boltzmann et ses théories sur la physique statistique ont longtemps été décrié).



Après il ya des théories qui ont plus de “supporters” que d’autres mais il y a aussi des effets de modes xD.

Concernant la théorie des cordes et dérivées … elles ont pas que des supporters … surtout qu’elles sont extrêmement difficiles (voir impossible …) à valider expérimentalement. Pour l’instant on est très loin d’unifier quantique et relat. G.





J’évite (personnellement) de me servir de ce concept de « consensus », j’ai toujours en tête le bon mot de M. Crichton :

“Historically the claim of consensus has been the first refuge of scoundrels; it is a way to avoid debate by claiming that the matter is settled.”





Plus que des supporters, il y a surtout des scientifiques qui travaillent (et des crackpots qui médisent, certes). À cette échelle, toute théorie sera difficile à vérifier expérimentalement, mais pas impossible.



Ils ont observé, ils ont vu,…

Et personne pour mettre une vidéo en ligne ?


Mais du coup, si 2 objets tournant l’un autour de l’autre émettent donc des ondes gravitationnelles (d’une moins grande amplitude que 2 trous noirs), alors ce système perd invariablement de l’énergie (une onde, si je me souvient bien, c’est de l’énergie qui se déplace) ? Si oui, alors 2 objets qui tournent l’un autour de l’autre finiront par s’écraser l’un sur l’autre invariablement.








tazvld a écrit :



Mais du coup, si 2 objets tournant l’un autour de l’autre émettent donc des ondes gravitationnelles (d’une moins grande amplitude que 2 trous noirs), alors ce système perd invariablement de l’énergie (une onde, si je me souvient bien, c’est de l’énergie qui se déplace) ? Si oui, alors 2 objets qui tournent l’un autour de l’autre finiront par s’écraser l’un sur l’autre invariablement.





Oui.

Il me semble qu’on arrive à le mesurer avec la Lune (mais pas sûr, c’est peut-être trop faible pour être mesurable en l’état actuel de la technique).

J’avais aussi lu que quand une sonde se sert d’une planète comme fronde gravitationnelle, ça prend de l’énergie à la planète (forcément), qui du coup se rapproche très légèrement du Soleil (c’est assez infime bien sûr).



Pas forcément car ça dépend de la dynamique de ton système et de ses conditions initiales.

Par exemple, si tu regardes le couple Terre-Lune, c’est le contraire qui se passe puisque la Lune s’éloigne de la Terre.


Merci&nbsp;<img data-src=" />


Ça dépend où tu mets ton critère “d’acceptance” pour une théorie.

Mesurer directement la théorie des cordes, cad comme une théorie quantique de la gravité, risque d’être très difficile (voir impossible :p) devant les échelles d’énergie considérées (notre échelle d’énergie vs l’échelle d’énergie où la gravité n’est plus négligeable devant les autres forces).



Par contre, et ton article le résume très bien, on peut très bien travailler dans ses approximations et la tester de manière indirecte. Par exemple, si le LHC arrive à prouver l’existance de la Supersymmétrie (SUSY), ça sera alors de très bonne augure pour la théorie des cordes puisque la SUSY résulte de la théorie des cordes.








lothoaheur a écrit :



Ça dépend où tu mets ton critère “d’acceptance” pour une théorie.

Mesurer directement la théorie des cordes, cad comme une théorie quantique de la gravité, risque d’être très difficile (voir impossible :p) devant les échelles d’énergie considérées (notre échelle d’énergie vs l’échelle d’énergie où la gravité n’est plus négligeable devant les autres forces).





Le critère d’acceptabilité est simple : la théorie répond-elle à une description scientifique de la Nature ? Note que plusieurs théories différentes peuvent satisfaire positivement (mais plus souvent négativement) à ce critère simultanément.

Einstein avait dit cela (impossible à mesurer directement) des ondes gravitationnelles il me semble, et on en est là aujourd’hui.

Pour ce qui concerne la théorie des cordes, une première approche pourrait être de tenter de la falsifier.









lothoaheur a écrit :



Par contre, et ton article le résume très bien, on peut très bien travailler dans ses approximations et la tester de manière indirecte. Par exemple, si le LHC arrive à prouver l’existance de la Supersymmétrie (SUSY), ça sera alors de très bonne augure pour la théorie des cordes puisque la SUSY résulte de la théorie des cordes.





Effectivement, comme tu l’écrivais, à ce niveau d’énergie, toute preuve indirecte est déjà la bienvenue.



Dans un système “parfait” sans intervention d’élément externe. 2 corps seules dans l’univers et toutes la nuit devant eux s’entremêler dans une danse qui finira par un grand éclat, l’ultime fusion….











OlivierJ a écrit :



Oui.

Il me semble qu’on arrive à le mesurer avec la Lune (mais pas sûr, c’est peut-être trop faible pour être mesurable en l’état actuel de la technique).

J’avais aussi lu que quand une sonde se sert d’une planète comme fronde gravitationnelle, ça prend de l’énergie à la planète (forcément), qui du coup se rapproche très légèrement du Soleil (c’est assez infime bien sûr).





Pour la lune, c’est con, on observe qu’elle s’éloigne de la Terre (à raison de 3cm par an je crois). Pour l’effet de fronde gravitationnelle, c’est connu, mais ça n’a rien avoir avec les ondes gravitationnelle et s’explique très bien avec de la physique newtonienne. Ca ressemble plus à un mec en roller qui en avançant accroche un grappin monté sur un élastique à l’arrière d’une voiture roulant perpendiculairement il va se retrouver projeté dans le sens du mouvement de la voiture en gagnant beaucoup d’accélération en s’éjectant dans le sens et la direction du véhicle, mais la voiture a du “tirer” le bonhomme et donc perde de l’énergie (transfert de l’énergie de l’un vers l’autre).

A l’inverse, si le mec était passé devant la voiture, ils aurait pendant un temps tracté la voiture vers lui mais perdu de la vitesse en s’éjectant dans le sens et la direction opposé au véhicule.

Dans KSP, c’est une façon pour se ralentir et se mettre en orbite avec une planète en jouant entre la planètes et ses satellites.









tazvld a écrit :



Pour la lune, c’est con, on observe qu’elle s’éloigne de la Terre (à raison de 3cm par an je crois).





Zut, tu as raison, je me suis planté ! <img data-src=" />



&nbsp;« depuis sa formation, la Lune ne cesserait de tourner et de s’éloigner de notre planète à une vitesse estimée à 3,78 centimètres par an. Un phénomène essentiellement dû, selon les spécialistes, aux marées terrestres »



Bon alors la situation applicable à 2 trous noirs en rotation mutuelle n’est pas la même que le système terre-lune.







tazvld a écrit :



Pour l’effet de fronde gravitationnelle, c’est connu, mais ça n’a rien avoir avec les ondes gravitationnelle et s’explique très bien avec de la physique newtonienne. Ca ressemble plus à un mec en roller qui en avançant accroche un grappin monté sur un élastique à l’arrière d’une voiture roulant perpendiculairement il va se retrouver projeté dans le sens du mouvement de la voiture en gagnant beaucoup d’accélération en s’éjectant dans le sens et la direction du véhicle, mais la voiture a du “tirer” le bonhomme et donc perde de l’énergie (transfert de l’énergie de l’un vers l’autre).





Je ne faisais pas de rapport avec les ondes gravitationnelles (encore que, dès que de la gravitation est en jeu, il doit y en avoir), en revanche l’analogie que tu donnes me semble inadaptée (parce qu’il n’y a pas de grappin et de phénomène d’accroche franc).



Une théorie qui prédit “parfaitement” la Nature sera impossible car nous sommes obligés de travailler dans des approximations et des incertitudes (Cf. incertitude d’Heisenberg).

On utilisera alors toujours la théorie qui correspond le mieux au système d’étude (Cf. Newton vs Einstein concernant la chute d’un objet à faible célérité par rapport à celle de la lumière).



Mais je te rejoins totallement sur la conclusion.








OlivierJ a écrit :



Je ne faisais pas de rapport avec les ondes gravitationnelles (encore que, dès que de la gravitation est en jeu, il doit y en avoir), en revanche l’analogie que tu donnes me semble inadaptée (parce qu’il n’y a pas de grappin et de phénomène d’accroche franc).





Le « grapin » c’est la gravité justement.

La gravité de la planète attire la sonde pour l’accélérer, mais la sonde attire (très très faiblement vu la différence de masse) la planète pour la ralentir.









Mihashi a écrit :



Le « grapin » c’est la gravité justement.



La gravité de la planète attire la sonde pour l'accélérer, mais la sonde attire (très très faiblement vu la différence de masse) la planète pour la ralentir.







Non ça ne marche pas comme ça. Il faut une poussée de la sonde au bon moment (à proximité de la planète) pour avoir cet effet de “fronde” avec un effet démultiplicateur, ce qu’on n’a pas dans le cas de la voiture. S’il n’y avait pas cet effet démultiplicateur, on ne parlerait pas de “fronde”, et d’ailleurs on n’aurait jamais pu envoyer des sondes aussi loin, il faudrait des fusées vraiment énormes (et même, pas sûr).



Euh… non, il n’y a pas besoin de poussée pour une fronde gravitationnelle (cf. wikipédia : « [la sonde] emprunte alors de l’énergie et du moment angulaire à la planète »).


Justement, et je pose la question depuis ton précédent mail, car si ton système est parfait et intéragit uniquement de manière gravitationnelle, son moment cinétique est conservé et le système est donc stable.

Mais c’est de la mécanique classique. Est-ce toujours vrai ici ?


<img data-src=" /> Le principe de la fronde, c’est que la sonde est captée par la gravité de la planète, s’en rapproche de plus en plus vite. Elle “plonge” dans la déformation de l’espace temps, et ce de plus en plus vite.



On s’approche alors de la vitesse de satellisation =&gt; inertie (vitesse*masse) = gravité



Puis la vitesse est &gt; vitesse de libération (de la gravité). Du coup, notre sonde va “surfer” sur la déformation, ayant suffisamment de vitesse pour remonter la “pente”.

Et comme l’attraction décroît par le carré de la distance (il me semble), la perte de vitesse qui s’en suit inévitablement, est particulièrement limitée.



Résultat, notre sonde a accéléré pour une dépense en énergie minime.



Mais il faut arriver sur la planète assez vite pour pouvoir s’en sortir, mais aussi pas trop vite sinon ça ne fait que dévier ta trajectoire.



C’est pour cela que quand on se sert de Jupiter, nos petites choses arrivent après un voyage dans la partie intérieur du système solaire, en croisant parfois Vénus, mais surtout Mars ou la Terre plusieurs fois !








OlivierJ a écrit :



Non ça ne marche pas comme ça. Il faut une poussée de la sonde au bon moment (à proximité de la planète) pour avoir cet effet de “fronde” avec un effet démultiplicateur, ce qu’on n’a pas dans le cas de la voiture. S’il n’y avait pas cet effet démultiplicateur, on ne parlerait pas de “fronde”, et d’ailleurs on n’aurait jamais pu envoyer des sondes aussi loin, il faudrait des fusées vraiment énormes (et même, pas sûr).







Mon image du grappin est très simplifié mais explique très bien l’accélération de la fronde gravitationnelle (pour la décélération, il faut passer par une corde élastique). Tu te mets à “surfer” sur le creux gravitationnelle de la planète et tu prend de l’accélération car la planète avance aussi, ce qui qui fait que le creux se déplace. Mais cette accélération est relatif à un observateur hélio-centré, pour un observateur sur la planète, tu as “juste” fait un virage et utilisant la planète comme un poteau.







lothoaheur a écrit :



Justement, et je pose la question depuis ton précédent mail, car si ton système est parfait et intéragit uniquement de manière gravitationnelle, son moment cinétique est conservé et le système est donc stable.

Mais c’est de la mécanique classique. Est-ce toujours vrai ici ?





A priori, de ce que je comprend, il y a une perte de masse lors de la fusion de 2 trous noirs, il y a donc une perte d’énergie à un moment donné.

Dans un physique newtonienne, les 2 corps tourneraient ad vitae aeternum, mais dans la physique de la relativité générale, à priori, j’ai l’impression que le système perds de l’énergie à balancer des ondes gravitationnelles dans tout les sens.

A confirmer.









Mihashi a écrit :



Euh… non, il n’y a pas besoin de poussée pour une fronde gravitationnelle (cf. wikipédia : « [la sonde] emprunte alors de l’énergie et du moment angulaire à la planète »).





OK je note que ce n’est pas nécessaire (encore que je crois qu’on utilise les moteurs à l’approche des planètes pour avoir la meilleure trajectoire et effet de fronde), mais en cherchant sur la page anglaise, j’ai retrouvé ce que j’avais lu il y a longtemps :



« If even more speed is needed than available from gravity assist alone, the most economical way to utilize a rocket burn is to do it near the periapsis (closest approach). A given rocket burn always provides the same change in velocity (Δv), but the change in kinetic energy is proportional to the vehicle’s velocity at the time of the burn. So to get the most kinetic energy from the burn, the burn must occur at the vehicle’s maximum velocity, at periapsis. Oberth effect describes this technique in more detail. »









tazvld a écrit :



A priori, de ce que je comprend, il y a une perte de masse lors de la fusion de 2 trous noirs, il y a donc une perte d’énergie à un moment donné.

Dans un physique newtonienne, les 2 corps tourneraient ad vitae aeternum, mais dans la physique de la relativité générale, à priori, j’ai l’impression que le système perds de l’énergie à balancer des ondes gravitationnelles dans tout les sens.

A confirmer.





J’ai fait une petite recherche dans mes livres de Relat. G. et en effet:

Un système binaire (comme ici les deux trous noirs) vont en effet perdre de l’énergie au cours du temps suite au dégagement d’ondes gravitationnelles. Les deux objets en rotation vont par conséquent se rapprocher avec une diminution de la pếriode de rotation pour finir avec leur coalescence.



D’ailleurs, la diminution de la période orbitale d’un système binaire était une preuve indirecte des ondes gravitaionnelles (https://fr.wikipedia.org/wiki/PSR_B1913%2B16 ).



OK merci de ta recherche.

C’est presque énervant de se dire à quelle point l’entropie est une fatalité.


Ah oui, par contre ça c’est bien possible. <img data-src=" />








lothoaheur a écrit :



Une théorie qui prédit “parfaitement” la Nature sera impossible car nous sommes obligés de travailler dans des approximations et des incertitudes (Cf. incertitude d’Heisenberg).

On utilisera alors toujours la théorie qui correspond le mieux au système d’étude (Cf. Newton vs Einstein concernant la chute d’un objet à faible célérité par rapport à celle de la lumière).





Mais tout à fait. Les physiciens travaillent avec des probabilités pour cette raison et ils savent depuis longtemps que la finalité ne sera jamais qu’une description approchée (même infiniment) de la Nature, pas la Nature elle-même. Je crois que c’est Heisenberg lui-même qui l’a le mieux dit :

What we observe is not the Nature itself but the Nature exposed to our method of questioning.





Bohr était du même avis :

It is wrong to think that the task of physics is to find out how nature is. Physics concerns what we can say about Nature.



Bravo et merci pour cet article, bien plus renseigné et précis que ce qu’on peut lire dans la plupart de la presse à ce sujet ! (et mention spéciale également aux INpactiens dont les commentaires sont tout aussi intéressants à lire)


J’avais lu que comme les ondes gravitationnelles n’étant pas absorbées par la matière (contrairement aux ondes magnétiques) on pourrait potentiellement étudier ce qu’il y a à l’intérieur d’un trou noir. Ca ouvrirait réellement une nouvelle aire dans la découverte de la physique!


Aire ou ère, comme on parle d’espace temps c’est kif-kif bourricot ? <img data-src=" />








Mihashi a écrit :



Ah oui, par contre ça c’est bien possible. <img data-src=" />





Un peu comme dans une balançoire au final.



a moindre échelle ça existe déjà, il me semble : l’effet catapulte <img data-src=" />


Moi je dis qu’Einstein était un Alien ! <img data-src=" />


Par contre un truc me chagrine : les deux sites distants ok pour recouper , et pourquoi pas trois (mieux à mon avis)



Mais vu l’écart de déformation qu’il faut mesurer et le fait que nos plaques terrestres bougent en permanence (sans parler des pièces mécaniques , chaleurs, dilatation, de l’installation LIGO etc …) j’ai des doutes sur ce genre de mesure.








ledufakademy a écrit :



Moi je dis qu’Einstein était un Alien Mutant ! <img data-src=" />





<img data-src=" />

dixit Charles Xavier <img data-src=" />



C’est écrit dans l’article :

« Le problème étant qu’avec deux points de mesure il n’est pas possible de faire une triangulation propre. « Si on avait eu Virgo, cette tache on aurait pu la réduire d’un facteur 100 » précise les scientifiques. Ce n’était pas pour cette fois et il faudra encore attendre fin 2016 pour que Virgo retrouve son fonctionnement normal. »



Le fait que les deux sites ont mesuré le même signal au même moment, écarte toute interférence locale (qui de toute façon doivent certainement être mesurées et leurs influences connues).


Pour compléter Mihashi, tu peux aussi lire directement l’article du Physical Review Letter - ou les multiples articles qui sont sortishttp://arxiv.org/abs/1602.03844 - expliquant l’expérience (miroir, laser, vide) et les tests effectués après (citation de l’article):



Exhaustive investigations of instrumental and environmental disturbances were performed, giving no evidence to suggest that GW150914 could be an instrumental artifact. The detectors susceptibility to environmental disturbances was quantified by measuring their response to specially generated magnetic, radio-frequency, acoustic, and vibration excitations. These tests indicated that any external disturbance large enough to have caused the observed signal would have been clearly recorded by the array of environmental sensors. None of the environmental sensors recorded any disturbances that evolved in time and frequency like GW150914, and all environmental fluctuations during the second that contained GW150914 were too small to account for more than 6% of its strain amplitude. Special care was taken to search for long-range correlated disturbances that might produce nearly simultaneous signals at the two sites. No significant disturbances were found.



Pour les questions sismiques, les miroirs sont isolés de toutes secousses (lien) et des instruments de mesures environnementaux sont placés aux alentours de l’expérience pour mesurer les conditions climatiques.



De plus, l’onde a d’abord été détecté par L1 puis par H1 avec un décalage de 7ms laissant peu de doutes.


&nbsp;Il n’y a pas forcément une particule associée. C’est une onde de déformation de l’espace temps. Un peu comme les ondes sismiques :-)








Optrolight a écrit :



Il n’y a pas forcément une particule associée. C’est une onde de déformation de l’espace temps. Un peu comme les ondes sismiques :-)





C’est ce que j’ai écrit, non (« ce n’est pas encore prouvé ») ? Illustration de l’onde en relativité générale classique.



Mais s’il y a une particule (graviton, en gravité quantique), les physiciens ont calculé, à l’aide de cette découverte, la limite haute de sa masse : 1.2e-²² eV (soit pratiquement 0).









Yutani a écrit :



dixit JL Picard <img data-src=" />



<img data-src=" />



Très grand merci pour cet article ! Je l’attendais patiemment ne suis pas déçu !



Vive Nxi !


Merci :)