Les ondes gravitationnelles ont été détectées pour la première fois il y a dix ans et, tout récemment, des scientifiques ont capturé le signal d'ondes gravitationnelles le plus clair à ce jour, confirmant ainsi la célèbre prédiction de Stephen Hawking. Avec l’aide du LIGO amélioré et d’autres détecteurs, les chercheurs ont observé la collision de deux trous noirs à plus d’un milliard d’années-lumière. Les ondulations dans l'espace-temps produites par cet événement cosmique violent étaient si précises que les scientifiques se sont décrits comme « entendant » le trou noir vibrer comme une cloche cosmique.
Le 14 septembre 2015, des scientifiques ont confirmé pour la première fois le faible signal d'onde gravitationnelle provenant de la fusion de deux trous noirs situés à 130 millions d'années-lumière. Le signal a parcouru l’univers pendant 1,3 milliard d’années avant d’atteindre la Terre. Les ondes gravitationnelles étaient une prédiction théorique avancée par Einstein il y a cent ans, mais ce n'est que ce jour-là que les humains ont enregistré de véritables ondes gravitationnelles à l'aide des doubles détecteurs du LIGO. Il a été annoncé en 2016 qu'il avait remporté le prix Nobel de physique 2017.
Aujourd'hui, les observatoires LIGO de Hanford et de Louisiane aux États-Unis s'associent au détecteur italien Virgo et au japonais KAGRA pour former le réseau mondial de détection d'ondes gravitationnelles LVK. Jusqu’à présent, le réseau a découvert plus de 300 événements de fusion de trous noirs et d’étoiles à neutrons, et il existe jusqu’à 230 événements candidats pour la seule période d’observation de 2025, ce qui constitue une réalisation impressionnante. Ces avancées sont toutes dues à des instruments de précision quantique plus avancés, permettant à LIGO et Virgo de détecter des perturbations spatiales 700 000 milliards de fois plus fines qu’un cheveu.
Le signal le plus clair cette fois vient de l’événement de fusion de trous noirs GW250114 du 14 janvier 2025. Il est similaire au premier événement GW150914. Les deux trous noirs ont une masse de 30 à 40 fois supérieure à celle du Soleil et se trouvent à environ 1,3 milliard d’années-lumière de la Terre. Cependant, après dix ans de progrès technologique, le signal GW250114 apparaît particulièrement clairement après que le bruit de l'instrument ait été considérablement réduit.
Ce signal fournit à ce jour la meilleure preuve d'observation pour tester le « théorème de l'aire du trou noir » proposé par Hawking en 1971. Ce théorème stipule que la surface totale d'un trou noir ne diminue jamais. Après la fusion de deux trous noirs, la surface devrait augmenter, quoique légèrement en raison de la perte d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles, mais la surface totale devrait augmenter. Cette étude a révélé que la superficie totale initiale du trou noir était d'environ 240 000 kilomètres carrés, qui a augmenté jusqu'à environ 400 000 kilomètres carrés après la fusion, confirmant clairement la théorie de Hawking.
Lorsque le processus de fusion entre dans ce que l’on appelle la phase de « réverbération », le nouveau trou noir vibre comme une cloche qu’on sonne. Pour la première fois, les chercheurs ont clairement mesuré cette étape. En analysant différents modèles de fréquence des ondes gravitationnelles, ils peuvent calculer avec précision la masse et la rotation finales du trou noir, et ainsi calculer le changement de zone. Une analyse plus approfondie a également fourni un test extrêmement rigoureux du modèle de relativité générale.
Le réseau LVK a également découvert de nombreux événements de fusion cosmique au cours des dix dernières années, notamment des collisions d'étoiles à neutrons (comme la célèbre éruption d'or en 2017), la première collision trou noir-étoile à neutrons, des fusions de masse asymétriques et la collision de trous noirs la plus massive jamais découverte, etc., rafraîchissant constamment les limites de la compréhension humaine de l'univers.
À l'avenir, les scientifiques espèrent utiliser la nouvelle génération du « Télescope Einstein » européen, du « Cosmic Explorer » américain et d'autres détecteurs à plus grande échelle pour pousser les « échos » de l'humanité sur la fusion des trous noirs dans l'univers primitif et même sur l'origine de l'univers plus loin dans les profondeurs de l'espace et du temps.
"Aujourd'hui, c'est l'âge d'or de la recherche sur les ondes gravitationnelles, et la coopération mondiale nous a permis d'explorer les mystères de l'univers sombre." Le professeur Massimo Carpinelli, directeur de l'Observatoire gravitationnel européen, a déclaré : « De nouveaux détecteurs plus grands sont déjà en préparation et nous sommes confiants dans notre capacité à relever les défis du futur. »
Compilé à partir de /ScitechDaily