Détection expérimentale des ondes gravitationnelles. Échapper à une onde gravitationnelle

Valentin Nikolaevich Rudenko partage l'histoire de sa visite dans la ville de Cascina (Italie), où il a passé une semaine sur « l'antenne gravitationnelle » alors nouvellement construite - l'interféromètre optique de Michelson. Sur le chemin vers la destination, le chauffeur de taxi demande pourquoi l'installation a été construite. « Les gens ici pensent que c’est pour parler à Dieu », admet le chauffeur.

– Que sont les ondes gravitationnelles ?

– Une onde gravitationnelle est l’un des « porteurs d’informations astrophysiques ». Il existe des canaux visibles d'informations astrophysiques ; les télescopes jouent un rôle particulier dans la « vision lointaine ». Les astronomes maîtrisent également les canaux basse fréquence - micro-ondes et infrarouge, et les canaux haute fréquence - rayons X et gamma. En plus du rayonnement électromagnétique, nous pouvons détecter des flux de particules provenant de l’espace. À cette fin, on utilise des télescopes à neutrinos - des détecteurs de grande taille de neutrinos cosmiques - des particules qui interagissent faiblement avec la matière et sont donc difficiles à enregistrer. Presque tous les types de « porteurs d'informations astrophysiques » théoriquement prédits et étudiés en laboratoire ont été maîtrisés de manière fiable dans la pratique. L’exception était la gravité – l’interaction la plus faible du microcosme et la force la plus puissante du macrocosme.

La gravité est une géométrie. Les ondes gravitationnelles sont des ondes géométriques, c'est-à-dire des ondes qui modifient les caractéristiques géométriques de l'espace lorsqu'elles traversent cet espace. En gros, ce sont des ondes qui déforment l’espace. La déformation est le changement relatif de la distance entre deux points. Le rayonnement gravitationnel diffère de tous les autres types de rayonnement précisément par son caractère géométrique.

– Einstein a-t-il prédit les ondes gravitationnelles ?

– Formellement, on pense que les ondes gravitationnelles ont été prédites par Einstein comme l’une des conséquences de sa théorie de la relativité générale, mais en fait leur existence devient déjà évidente dans la théorie de la relativité restreinte.

La théorie de la relativité suggère qu'en raison de l'attraction gravitationnelle, un effondrement gravitationnel est possible, c'est-à-dire la contraction d'un objet à la suite d'un effondrement, grosso modo, jusqu'à un certain point. Ensuite, la gravité est si forte que la lumière ne peut même pas s'en échapper, c'est pourquoi un tel objet est appelé au sens figuré un trou noir.

– Quelle est la particularité de l’interaction gravitationnelle ?

Une caractéristique de l'interaction gravitationnelle est le principe d'équivalence. Selon lui, la réponse dynamique d'un corps d'essai dans un champ gravitationnel ne dépend pas de la masse de ce corps. En termes simples, tous les corps tombent avec la même accélération.

L’interaction gravitationnelle est la plus faible que nous connaissions aujourd’hui.

– Qui a été le premier à tenter d’attraper une onde gravitationnelle ?

– L'expérience sur les ondes gravitationnelles a été menée pour la première fois par Joseph Weber de l'Université du Maryland (États-Unis). Il a créé un détecteur gravitationnel, aujourd'hui conservé au Smithsonian Museum de Washington. En 1968-1972, Joe Weber a mené une série d'observations sur une paire de détecteurs spatialement séparés, essayant d'isoler des cas de « coïncidences ». La technique des coïncidences est empruntée à la physique nucléaire. La faible signification statistique des signaux gravitationnels obtenus par Weber a provoqué une attitude critique à l'égard des résultats de l'expérience : il n'y avait aucune certitude que des ondes gravitationnelles aient été détectées. Par la suite, les scientifiques ont tenté d'augmenter la sensibilité des détecteurs de type Weber. Il a fallu 45 ans pour développer un détecteur dont la sensibilité soit adéquate aux prévisions astrophysiques.

Au début de l'expérience, de nombreuses autres expériences ont eu lieu avant la fixation ; des impulsions ont été enregistrées pendant cette période, mais leur intensité était trop faible.

– Pourquoi la fixation du signal n’a-t-elle pas été annoncée immédiatement ?

– Des ondes gravitationnelles ont été enregistrées en septembre 2015. Mais même si une coïncidence était constatée, avant de l’annoncer, il faut prouver qu’elle n’est pas fortuite. Le signal provenant de n'importe quelle antenne contient toujours des salves de bruit (rafales à court terme), et l'une d'entre elles peut se produire accidentellement simultanément avec une salve de bruit sur une autre antenne. Il est possible de prouver que la coïncidence ne s'est pas produite par hasard uniquement à l'aide d'estimations statistiques.

– Pourquoi les découvertes dans le domaine des ondes gravitationnelles sont-elles si importantes ?

– La capacité d’enregistrer le fond gravitationnel relique et de mesurer ses caractéristiques, telles que la densité, la température, etc., nous permet d’approcher le début de l’univers.

Ce qui est intéressant, c'est que le rayonnement gravitationnel est difficile à détecter car il interagit très faiblement avec la matière. Mais, grâce à cette même propriété, il passe sans absorption des objets les plus éloignés de nous aux propriétés les plus mystérieuses, au point de vue de la matière.

On peut dire que le rayonnement gravitationnel passe sans distorsion. L’objectif le plus ambitieux est d’étudier le rayonnement gravitationnel qui a été séparé de la matière primordiale dans la théorie du Big Bang, créée lors de la création de l’Univers.

– La découverte des ondes gravitationnelles exclut-elle la théorie quantique ?

La théorie de la gravité suppose l’existence d’un effondrement gravitationnel, c’est-à-dire la contraction d’objets massifs en un point. Dans le même temps, la théorie quantique développée par l'école de Copenhague suggère que, grâce au principe d'incertitude, il est impossible d'indiquer simultanément exactement des paramètres tels que les coordonnées, la vitesse et la quantité de mouvement d'un corps. Il y a ici un principe d'incertitude ; il est impossible de déterminer la trajectoire exacte, car la trajectoire est à la fois une coordonnée et une vitesse, etc. Il n'est possible de déterminer un certain couloir de confiance conditionnel que dans les limites de cette erreur, qui est associée avec les principes d’incertitude. La théorie quantique nie catégoriquement la possibilité d'objets ponctuels, mais les décrit de manière statistiquement probabiliste : elle n'indique pas spécifiquement les coordonnées, mais indique la probabilité qu'il ait certaines coordonnées.

La question de l’unification de la théorie quantique et de la théorie de la gravité est l’une des questions fondamentales de la création d’une théorie unifiée des champs.

Ils continuent d'y travailler maintenant, et les mots «gravité quantique» désignent un domaine scientifique complètement avancé, la frontière de la connaissance et de l'ignorance, où travaillent désormais tous les théoriciens du monde.

– Que peut apporter la découverte dans le futur ?

Les ondes gravitationnelles doivent inévitablement constituer le fondement de la science moderne en tant que composante de notre connaissance. Ils jouent un rôle important dans l’évolution de l’Univers et c’est à l’aide de ces ondes qu’il convient d’étudier l’Univers. La découverte contribue au développement général de la science et de la culture.

Si vous décidez d'aller au-delà du cadre de la science actuelle, il est alors permis d'imaginer des lignes de télécommunication gravitationnelles, des appareils à réaction utilisant un rayonnement gravitationnel, des appareils d'introscopie à ondes gravitationnelles.

– Les ondes gravitationnelles ont-elles quelque chose à voir avec la perception extrasensorielle et la télépathie ?

Ce n’est pas le cas. Les effets décrits sont les effets du monde quantique, les effets de l’optique.

Interviewé par Anna Utkina

Le jour officiel de découverte (détection) des ondes gravitationnelles est le 11 février 2016. C'est alors, lors d'une conférence de presse tenue à Washington, que les dirigeants de la collaboration LIGO annoncent qu'une équipe de chercheurs est parvenue à enregistrer ce phénomène pour la première fois dans l'histoire de l'humanité.

Prophéties du grand Einstein

L'existence d'ondes gravitationnelles a été suggérée par Albert Einstein au début du siècle dernier (1916) dans le cadre de sa Théorie Générale de la Relativité (GTR). On ne peut que s'émerveiller des brillantes capacités du célèbre physicien, qui, avec un minimum de données réelles, a pu tirer des conclusions aussi ambitieuses. Parmi de nombreux autres phénomènes physiques prédits et confirmés au siècle suivant (ralentissement du temps, changement de direction du rayonnement électromagnétique dans les champs gravitationnels, etc.), il n'a pas été possible de détecter pratiquement la présence de ce type d'interaction d'ondes. des corps jusqu'à récemment.

La gravité est-elle une illusion ?

En général, à la lumière de la théorie de la relativité, la gravité peut difficilement être qualifiée de force. perturbations ou courbures du continuum espace-temps. Un bon exemple pour illustrer ce postulat est un morceau de tissu étiré. Sous le poids d'un objet massif posé sur une telle surface, une dépression se forme. D'autres objets, en s'approchant de cette anomalie, changeront la trajectoire de leur mouvement, comme s'ils étaient « attirés ». Et plus le poids de l'objet est important (plus le diamètre et la profondeur de la courbure sont grands), plus la « force d'attraction » est élevée. Au fur et à mesure qu’il se déplace à travers le tissu, on peut observer l’apparition de « ondulations » divergentes.

Quelque chose de similaire se produit dans l’espace. Toute matière massive en mouvement rapide est source de fluctuations de la densité de l'espace et du temps. Une onde gravitationnelle d'amplitude significative est formée par des corps ayant des masses extrêmement grandes ou lorsqu'ils se déplacent avec d'énormes accélérations.

Caractéristiques physiques

Les fluctuations de la métrique espace-temps se manifestent par des changements dans le champ gravitationnel. Ce phénomène est autrement appelé ondulations spatio-temporelles. L'onde gravitationnelle affecte les corps et objets rencontrés, les comprimant et les étirant. L'ampleur de la déformation est très insignifiante - environ 10 à 21 par rapport à la taille d'origine. Toute la difficulté de détecter ce phénomène résidait dans le fait que les chercheurs devaient apprendre à mesurer et à enregistrer ces changements à l’aide d’un équipement approprié. La puissance du rayonnement gravitationnel est également extrêmement faible : pour l'ensemble du système solaire, elle est de plusieurs kilowatts.

La vitesse de propagation des ondes gravitationnelles dépend légèrement des propriétés du milieu conducteur. L'amplitude des oscillations diminue progressivement avec la distance à la source, mais n'atteint jamais zéro. La fréquence varie de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de hertz. La vitesse des ondes gravitationnelles dans le milieu interstellaire se rapproche de la vitesse de la lumière.

Preuve circonstancielle

La première confirmation théorique de l'existence des ondes gravitationnelles a été obtenue par l'astronome américain Joseph Taylor et son assistant Russell Hulse en 1974. En étudiant l'immensité de l'Univers à l'aide du radiotélescope de l'Observatoire d'Arecibo (Porto Rico), des chercheurs ont découvert le pulsar PSR B1913+16, un système binaire d'étoiles à neutrons tournant autour d'un centre de masse commun avec une vitesse angulaire constante (un phénomène plutôt rare). cas). Chaque année, la durée de circulation, initialement de 3,75 heures, est réduite de 70 ms. Cette valeur est tout à fait cohérente avec les conclusions des équations de la relativité générale, qui prédisent une augmentation de la vitesse de rotation de tels systèmes en raison de la dépense d'énergie pour la génération d'ondes gravitationnelles. Par la suite, plusieurs pulsars doubles et naines blanches ayant un comportement similaire ont été découverts. Les radioastronomes D. Taylor et R. Hulse ont reçu le prix Nobel de physique en 1993 pour avoir découvert de nouvelles possibilités d'étude des champs gravitationnels.

Échapper à une onde gravitationnelle

La première annonce concernant la détection d’ondes gravitationnelles a été faite par Joseph Weber (États-Unis), scientifique de l’Université du Maryland, en 1969. À ces fins, il a utilisé deux antennes gravitationnelles de sa propre conception, séparées par une distance de deux kilomètres. Le détecteur résonnant était un cylindre en aluminium solide de deux mètres, bien isolé des vibrations, équipé de capteurs piézoélectriques sensibles. L'amplitude des oscillations prétendument enregistrées par Weber s'est avérée plus d'un million de fois supérieure à la valeur attendue. Les tentatives d'autres scientifiques visant à répéter le « succès » du physicien américain en utilisant un équipement similaire n'ont pas donné de résultats positifs. Quelques années plus tard, les travaux de Weber dans ce domaine ont été reconnus comme intenables, mais ont donné une impulsion au développement du « boom gravitationnel », qui a attiré de nombreux spécialistes dans ce domaine de recherche. À propos, Joseph Weber lui-même était sûr jusqu'à la fin de ses jours d'avoir reçu des ondes gravitationnelles.

Améliorer les équipements de réception

Dans les années 70, le scientifique Bill Fairbank (États-Unis) a développé la conception d'une antenne à ondes gravitationnelles, refroidie à l'aide de SQUIDS - magnétomètres ultra-sensibles. Les technologies existantes à cette époque ne permettaient pas à l'inventeur de voir son produit réalisé en « métal ».

Le détecteur gravitationnel Auriga du Laboratoire national Legnar (Padoue, Italie) est conçu selon ce principe. La conception est basée sur un cylindre en aluminium-magnésium de 3 mètres de long et 0,6 m de diamètre. Le dispositif de réception pesant 2,3 tonnes est suspendu dans une chambre à vide isolée refroidie presque au zéro absolu. Pour enregistrer et détecter les chocs, un résonateur de kilogramme auxiliaire et un complexe de mesure informatisé sont utilisés. La sensibilité déclarée de l'équipement est de 10 à 20.

Interféromètres

Le fonctionnement des détecteurs d'interférences d'ondes gravitationnelles est basé sur les mêmes principes sur lesquels fonctionne l'interféromètre de Michelson. Le faisceau laser émis par la source est divisé en deux flux. Après de multiples réflexions et déplacements le long des bras de l'appareil, les flux sont à nouveau réunis et, sur la base du flux final, on juge si des perturbations (par exemple une onde gravitationnelle) ont affecté le cours des rayons. Des équipements similaires ont été créés dans de nombreux pays :

• GEO 600 (Hanovre, Allemagne). La longueur des tunnels à vide est de 600 mètres.
• TAMA (Japon) avec des accotements de 300 m.
• VIRGO (Pise, Italie) est un projet commun franco-italien lancé en 2007 avec trois kilomètres de tunnels.
• LIGO (USA, Côte Pacifique), qui chasse les ondes gravitationnelles depuis 2002.

Ce dernier mérite d’être examiné plus en détail.

LIGO Avancé

Le projet a été créé à l'initiative de scientifiques des instituts de technologie du Massachusetts et de Californie. Il comprend deux observatoires, séparés de 3 000 km, à Washington (les villes de Livingston et Hanford) avec trois interféromètres identiques. La longueur des tunnels à vide perpendiculaires est de 4 000 mètres. Ce sont les plus grandes structures de ce type actuellement en activité. Jusqu'en 2011, de nombreuses tentatives de détection des ondes gravitationnelles n'ont donné aucun résultat. La modernisation importante réalisée (Advanced LIGO) a augmenté la sensibilité de l'équipement dans la plage de 300 à 500 Hz de plus de cinq fois et dans la région des basses fréquences (jusqu'à 60 Hz) de près d'un ordre de grandeur, atteignant la valeur convoitée de 10 -21. Le projet actualisé a débuté en septembre 2015 et les efforts de plus d'un millier de collaborateurs de la collaboration ont été récompensés par les résultats obtenus.

Ondes gravitationnelles détectées

Le 14 septembre 2015, des détecteurs avancés LIGO, avec un intervalle de 7 ms, ont enregistré des ondes gravitationnelles atteignant notre planète à partir du plus grand événement survenu à la périphérie de l'Univers observable - la fusion de deux grands trous noirs avec des masses 29 et 36 fois. supérieure à la masse du Soleil. Au cours de ce processus, qui s'est déroulé il y a plus de 1,3 milliard d'années, environ trois masses solaires de matière ont été consommées en quelques fractions de seconde par l'émission d'ondes gravitationnelles. La fréquence initiale enregistrée des ondes gravitationnelles était de 35 Hz et la valeur maximale maximale atteignait 250 Hz.

Les résultats obtenus ont été soumis à plusieurs reprises à une vérification et à un traitement complets, et les interprétations alternatives des données obtenues ont été soigneusement éliminées. Enfin, l'année dernière, l'enregistrement direct du phénomène prédit par Einstein a été annoncé à la communauté mondiale.

Un fait illustrant le travail titanesque des chercheurs : l'amplitude des fluctuations de la taille des bras de l'interféromètre était de 10 à 19 m - cette valeur est le même nombre de fois inférieure au diamètre d'un atome, car l'atome lui-même est plus petit qu'un orange.

Perspectives d'avenir

La découverte confirme une fois de plus que la théorie de la relativité générale n'est pas seulement un ensemble de formules abstraites, mais un regard fondamentalement nouveau sur l'essence des ondes gravitationnelles et de la gravité en général.

Dans le cadre de recherches ultérieures, les scientifiques placent de grands espoirs dans le projet ELSA : la création d'un interféromètre orbital géant doté de bras d'environ 5 millions de km, capable de détecter même des perturbations mineures dans les champs gravitationnels. L'activation des travaux dans cette direction peut révéler beaucoup de choses nouvelles sur les principales étapes du développement de l'Univers, sur des processus difficiles voire impossibles à observer dans les gammes traditionnelles. Nul doute que les trous noirs, dont les ondes gravitationnelles seront détectées dans le futur, en diront beaucoup sur leur nature.

Pour étudier le rayonnement cosmique de fond micro-onde, qui peut nous renseigner sur les premiers instants de notre monde après le Big Bang, des instruments spatiaux plus sensibles seront nécessaires. Un tel projet existe ( Observateur du Big Bang), mais sa mise en œuvre, selon les experts, n'est possible que dans 30 à 40 ans.

Cent ans après la prédiction théorique faite par Albert Einstein dans le cadre de la théorie de la relativité générale, les scientifiques ont pu confirmer l'existence des ondes gravitationnelles. L’ère d’une méthode fondamentalement nouvelle pour étudier l’espace profond – l’astronomie des ondes gravitationnelles – commence.

Il y a différentes découvertes. Il y en a au hasard, ils sont courants en astronomie. Il n’y en a pas de tout à fait accidentelles, résultant d’un « ratissage minutieux de la zone », comme la découverte d’Uranus par William Herschel. Il y en a des fortuits - lorsqu'ils cherchaient une chose et en trouvèrent une autre : par exemple, ils découvrirent l'Amérique. Mais les découvertes planifiées occupent une place particulière dans la science. Ils reposent sur une prédiction théorique claire. Ce qui est prédit est recherché avant tout pour confirmer la théorie. Ces découvertes incluent la découverte du boson de Higgs au Grand collisionneur de hadrons et la détection d'ondes gravitationnelles à l'aide de l'observatoire d'ondes gravitationnelles à interféromètre laser LIGO. Mais pour enregistrer un phénomène prédit par la théorie, vous devez avoir une assez bonne compréhension de quoi exactement et où chercher, ainsi que des outils nécessaires pour cela.

Les ondes gravitationnelles sont traditionnellement appelées une prédiction de la théorie de la relativité générale (GTR), et c'est effectivement le cas (même si de telles ondes existent désormais dans tous les modèles alternatifs ou complémentaires au GTR). L'apparition des ondes est causée par la finitude de la vitesse de propagation de l'interaction gravitationnelle (en relativité générale, cette vitesse est exactement égale à la vitesse de la lumière). De telles ondes sont des perturbations de l’espace-temps se propageant à partir d’une source. Pour que les ondes gravitationnelles se produisent, la source doit pulser ou se déplacer à un rythme accéléré, mais d’une certaine manière. Disons que les mouvements à parfaite symétrie sphérique ou cylindrique ne conviennent pas. Il existe de nombreuses sources de ce type, mais elles ont souvent une faible masse, insuffisante pour générer un signal puissant. Après tout, la gravité est la plus faible des quatre interactions fondamentales, il est donc très difficile d’enregistrer un signal gravitationnel. De plus, pour l'enregistrement, il est nécessaire que le signal évolue rapidement dans le temps, c'est-à-dire qu'il ait une fréquence suffisamment élevée. Sinon, nous ne pourrons pas l'enregistrer, car les changements seront trop lents. Cela signifie que les objets doivent également être compacts.

Au départ, les explosions de supernova qui se produisent dans des galaxies comme la nôtre toutes les quelques décennies ont suscité un grand enthousiasme. Cela signifie que si nous parvenons à atteindre une sensibilité qui nous permet de voir un signal à une distance de plusieurs millions d'années-lumière, nous pouvons compter sur plusieurs signaux par an. Mais plus tard, il s'est avéré que les premières estimations de la puissance de libération d'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles lors de l'explosion d'une supernova étaient trop optimistes et qu'un signal aussi faible ne pouvait être détecté que si une supernova avait éclaté dans notre Galaxie.

Une autre option pour les objets massifs et compacts qui se déplacent rapidement sont les étoiles à neutrons ou les trous noirs. Nous pouvons voir soit le processus de leur formation, soit le processus d'interaction les uns avec les autres. Les dernières étapes de l'effondrement des noyaux stellaires, conduisant à la formation d'objets compacts, ainsi que les dernières étapes de la fusion des étoiles à neutrons et des trous noirs, ont une durée de l'ordre de plusieurs millisecondes (ce qui correspond à une fréquence de centaines de hertz) - juste ce qu'il faut. Dans ce cas, beaucoup d'énergie est libérée, notamment (et parfois principalement) sous forme d'ondes gravitationnelles, puisque les corps massifs et compacts effectuent certains mouvements rapides. Ce sont nos sources idéales.

Certes, les supernovae éclatent dans la Galaxie toutes les quelques décennies, les fusions d'étoiles à neutrons se produisent tous les deux dizaines de milliers d'années et les trous noirs fusionnent encore moins souvent. Mais le signal est beaucoup plus puissant et ses caractéristiques peuvent être calculées avec assez de précision. Mais il faut maintenant pouvoir voir le signal à une distance de plusieurs centaines de millions d'années-lumière pour couvrir plusieurs dizaines de milliers de galaxies et détecter plusieurs signaux par an.

Après avoir choisi les sources, nous commencerons à concevoir le détecteur. Pour ce faire, vous devez comprendre ce que fait une onde gravitationnelle. Sans entrer dans les détails, on peut dire que le passage d'une onde gravitationnelle provoque une force de marée (les marées lunaires ou solaires ordinaires sont un phénomène à part, et les ondes gravitationnelles n'y sont pour rien). Ainsi, vous pouvez prendre par exemple un cylindre métallique, l'équiper de capteurs et étudier ses vibrations. Ce n'est pas difficile, c'est pourquoi de telles installations ont commencé à être réalisées il y a un demi-siècle (elles sont également disponibles en Russie ; aujourd'hui, un détecteur amélioré développé par l'équipe de Valentin Rudenko du SAI MSU est en cours d'installation dans le laboratoire souterrain de Baksan). Le problème est qu’un tel appareil verra le signal sans aucune onde gravitationnelle. Il y a beaucoup de bruits difficiles à gérer. Il est possible (et cela a été fait !) d'installer le détecteur sous terre, d'essayer de l'isoler, de le refroidir à basse température, mais il faut quand même un signal d'onde gravitationnelle très puissant pour dépasser le niveau de bruit. Mais les signaux puissants arrivent rarement.

Le choix a donc été fait en faveur d'un autre projet proposé en 1962 par Vladislav Pustovoit et Mikhail Herzenstein. Dans un article publié dans JETP (Journal of Experimental and Theoretical Physics), ils ont proposé d'utiliser un interféromètre de Michelson pour détecter les ondes gravitationnelles. Le faisceau laser passe entre les miroirs des deux bras de l'interféromètre, puis les faisceaux des différents bras sont ajoutés. En analysant le résultat de l'interférence du faisceau, le changement relatif dans la longueur des bras peut être mesuré. Ce sont des mesures très précises, donc si vous éliminez le bruit, vous pouvez obtenir une sensibilité fantastique.

Au début des années 1990, il a été décidé de construire plusieurs détecteurs utilisant cette conception. Les premières à être mises en service furent des installations relativement petites, GEO600 en Europe et TAMA300 au Japon (les chiffres correspondent à la longueur des bras en mètres) pour tester la technologie. Mais les principaux acteurs devaient être les installations LIGO aux États-Unis et VIRGO en Europe. La taille de ces instruments se mesure déjà en kilomètres, et la sensibilité finale prévue devrait permettre d'observer des dizaines, voire des centaines d'événements par an.

Pourquoi plusieurs appareils sont-ils nécessaires ? Principalement pour la validation croisée, car il existe des bruits locaux (par exemple sismiques). La détection simultanée du signal dans le nord-ouest des États-Unis et en Italie constituerait une excellente preuve de son origine externe. Mais il y a une deuxième raison : les détecteurs d’ondes gravitationnelles sont très incapables de déterminer la direction vers la source. Mais s’il y a plusieurs détecteurs espacés, il sera possible d’indiquer la direction avec assez de précision.

Géants du laser

Dans leur forme originale, les détecteurs LIGO ont été construits en 2002 et les détecteurs VIRGO en 2003. Selon le plan, ce n'était que la première étape. Toutes les installations ont fonctionné pendant plusieurs années, et en 2010-2011 elles ont été arrêtées pour modifications, afin d'atteindre ensuite la haute sensibilité prévue. Les détecteurs LIGO ont été les premiers à fonctionner en septembre 2015, VIRGO devrait les rejoindre au second semestre 2016, et à partir de ce stade la sensibilité permet d'espérer enregistrer au moins plusieurs événements par an.

Après que LIGO ait commencé à fonctionner, le taux de sursauts attendu était d'environ un événement par mois. Les astrophysiciens estimaient par avance que les premiers événements attendus seraient des fusions de trous noirs. Cela est dû au fait que les trous noirs sont généralement dix fois plus lourds que les étoiles à neutrons, que le signal est plus puissant et qu’il est « visible » à de grandes distances, ce qui compense largement le faible taux d’événements par galaxie. Heureusement, nous n'avons pas eu à attendre longtemps. Le 14 septembre 2015, les deux installations ont enregistré un signal presque identique, nommé GW150914.

Avec une analyse assez simple, des données telles que la masse des trous noirs, la force du signal et la distance à la source peuvent être obtenues. La masse et la taille des trous noirs sont liées d'une manière très simple et bien connue, et à partir de la fréquence du signal, on peut immédiatement estimer la taille de la région de libération d'énergie. Dans ce cas, la taille indiquait qu'à partir de deux trous d'une masse de 25 à 30 et de 35 à 40 masses solaires, un trou noir d'une masse de plus de 60 masses solaires s'était formé. Connaissant ces données, on peut obtenir l'énergie totale du sursaut. Près de trois masses solaires ont été converties en rayonnement gravitationnel. Cela correspond à la luminosité de 1023 luminosités solaires - à peu près la même quantité que celle émise par toutes les étoiles de la partie visible de l'Univers pendant cette période (centièmes de seconde). Et à partir de l’énergie et de l’amplitude connues du signal mesuré, la distance est obtenue. La grande masse des corps fusionnés a permis d'enregistrer un événement survenu dans une galaxie lointaine : le signal a mis environ 1,3 milliard d'années pour nous parvenir.

Une analyse plus détaillée permet de clarifier le rapport de masse des trous noirs et de comprendre comment ils tournaient autour de leur axe, ainsi que de déterminer certains autres paramètres. De plus, le signal de deux installations permet de déterminer approximativement la direction du burst. Malheureusement, la précision ici n'est pas encore très élevée, mais avec la mise en service du VIRGO mis à jour, elle augmentera. Et dans quelques années, le détecteur japonais KAGRA commencera à recevoir des signaux. Ensuite, l'un des détecteurs LIGO (il y en avait à l'origine trois, l'une des installations était double) sera assemblé en Inde, et on s'attend à ce que plusieurs dizaines d'événements soient enregistrés par an.

L'ère de la nouvelle astronomie

À l'heure actuelle, le résultat le plus important des travaux du LIGO est la confirmation de l'existence d'ondes gravitationnelles. De plus, le tout premier sursaut a permis d'améliorer les restrictions sur la masse du graviton (en relativité générale il a une masse nulle), ainsi que de limiter plus fortement l'écart entre la vitesse de propagation de la gravité et la vitesse de lumière. Mais les scientifiques espèrent que dès 2016, ils pourront obtenir de nombreuses nouvelles données astrophysiques grâce à LIGO et VIRGO.

Premièrement, les données des observatoires d’ondes gravitationnelles ouvrent une nouvelle voie pour étudier les trous noirs. Si auparavant il n'était possible d'observer les flux de matière qu'à proximité de ces objets, on peut désormais « voir » directement le processus de fusion et « d'apaisement » du trou noir résultant, comment son horizon fluctue, prenant sa forme finale ( déterminé par rotation). Probablement, jusqu'à la découverte de l'évaporation de Hawking des trous noirs (pour l'instant ce processus reste une hypothèse), l'étude des fusions fournira de meilleures informations directes à leur sujet.

Deuxièmement, les observations de fusions d’étoiles à neutrons fourniront de nombreuses informations nouvelles et urgentes sur ces objets. Pour la première fois, nous pourrons étudier les étoiles à neutrons comme les physiciens étudient les particules : les observer entrer en collision pour comprendre leur fonctionnement à l’intérieur. Le mystère de la structure intérieure des étoiles à neutrons inquiète à la fois les astrophysiciens et les physiciens. Notre compréhension de la physique nucléaire et du comportement de la matière à des densités ultra-élevées est incomplète sans résoudre ce problème. Il est probable que les observations des ondes gravitationnelles joueront ici un rôle clé.

On pense que les fusions d’étoiles à neutrons sont responsables de courts sursauts gamma cosmologiques. Dans de rares cas, il sera possible d'observer simultanément un événement à la fois dans la gamme gamma et sur des détecteurs d'ondes gravitationnelles (la rareté est due au fait que, d'une part, le signal gamma est concentré dans un faisceau très étroit, et il n'est pas toujours dirigés vers nous, mais deuxièmement, nous n'enregistrerons pas d'ondes gravitationnelles provenant d'événements très lointains). Apparemment, il faudra plusieurs années d'observation pour pouvoir constater cela (même si, comme d'habitude, vous aurez peut-être de la chance et cela se produira aujourd'hui). Nous pourrons alors, entre autres, comparer très précisément la vitesse de la gravité avec la vitesse de la lumière.

Ainsi, les interféromètres laser fonctionneront ensemble comme un seul télescope à ondes gravitationnelles, apportant de nouvelles connaissances aux astrophysiciens et aux physiciens. Eh bien, tôt ou tard, un prix Nobel bien mérité sera décerné pour la découverte des premiers sursauts et leur analyse.

Jeudi 11 février, un groupe de scientifiques du projet international LIGO Scientific Collaboration a annoncé avoir réussi, dont l'existence avait été prédite par Albert Einstein dès 1916. Selon les chercheurs, le 14 septembre 2015, ils ont enregistré une onde gravitationnelle provoquée par la collision de deux trous noirs pesant 29 et 36 fois la masse du Soleil, après quoi ils ont fusionné en un seul grand trou noir. Selon eux, cela se serait produit il y a 1,3 milliard d’années, à une distance de 410 mégaparsecs de notre galaxie.

LIGA.net a parlé en détail des ondes gravitationnelles et de la découverte à grande échelle Bogdan Hnatyk, scientifique ukrainien, astrophysicien, docteur en sciences physiques et mathématiques, chercheur principal à l'Observatoire astronomique de l'Université nationale Taras Shevchenko de Kiev, qui a dirigé l'observatoire de 2001 à 2004.

La théorie en termes simples

La physique étudie l'interaction entre les corps. Il a été établi qu'il existe quatre types d'interactions entre les corps : l'interaction électromagnétique, l'interaction nucléaire forte et faible et l'interaction gravitationnelle, que nous ressentons tous. En raison de l'interaction gravitationnelle, les planètes tournent autour du Soleil, les corps prennent du poids et tombent au sol. Les humains sont constamment confrontés à une interaction gravitationnelle.

En 1916, il y a 100 ans, Albert Einstein a construit une théorie de la gravité qui a amélioré la théorie de la gravité de Newton, l'a rendue mathématiquement correcte : elle a commencé à répondre à toutes les exigences de la physique et a commencé à prendre en compte le fait que la gravité se propage à un rythme très rapide. vitesse élevée mais finie. C’est à juste titre l’une des plus grandes réalisations d’Einstein, puisqu’il a construit une théorie de la gravité qui correspond à tous les phénomènes physiques que nous observons aujourd’hui.

Cette théorie suggérait également l'existence ondes gravitationnelles. La base de cette prédiction était que les ondes gravitationnelles existaient à la suite de l’interaction gravitationnelle résultant de la fusion de deux corps massifs.

Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle

Dans un langage complexe, il s’agit de l’excitation de la métrique espace-temps. "Disons que l'espace a une certaine élasticité et que les vagues peuvent le traverser. C'est comme lorsque nous jetons un caillou dans l'eau et que les vagues s'en échappent", a déclaré le docteur en sciences physiques et mathématiques à LIGA.net.

Les scientifiques ont pu prouver expérimentalement qu’une oscillation similaire avait eu lieu dans l’Univers et qu’une onde gravitationnelle se propageait dans toutes les directions. "Astrophysiquement, pour la première fois, le phénomène d'une évolution aussi catastrophique d'un système binaire a été enregistré, lorsque deux objets fusionnent en un seul, et cette fusion conduit à une libération très intense d'énergie gravitationnelle, qui se propage ensuite dans l'espace sous la forme des ondes gravitationnelles », a expliqué le scientifique.

Ces ondes gravitationnelles sont très faibles et pour qu’elles ébranlent l’espace-temps, l’interaction de corps très grands et massifs est nécessaire afin que l’intensité du champ gravitationnel soit élevée au point de génération. Mais, malgré leur faiblesse, l'observateur au bout d'un certain temps (égal à la distance à l'interaction divisée par la vitesse du signal) enregistrera cette onde gravitationnelle.

Donnons un exemple : si la Terre tombait sur le Soleil, alors une interaction gravitationnelle se produirait : de l'énergie gravitationnelle serait libérée, une onde gravitationnelle à symétrie sphérique se formerait et l'observateur pourrait l'enregistrer. "Un phénomène similaire, mais unique, du point de vue de l'astrophysique, s'est produit ici : deux corps massifs sont entrés en collision - deux trous noirs", a noté Gnatyk.

Revenons à la théorie

Un trou noir est une autre prédiction de la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui prévoit qu'un corps qui a une masse énorme, mais cette masse est concentrée dans un petit volume, est capable de déformer considérablement l'espace qui l'entoure, jusqu'à sa fermeture. Autrement dit, il a été supposé que lorsqu'une concentration critique de la masse de ce corps est atteinte - telle que la taille du corps sera inférieure au soi-disant rayon gravitationnel, alors l'espace autour de ce corps sera fermé et sa topologie sera tel qu'aucun signal provenant de celui-ci ne se propagera au-delà de l'espace clos.

"En d'autres termes, un trou noir est un objet massif, si lourd qu'il referme l'espace-temps sur lui-même", explique le scientifique.

Et nous, selon lui, pouvons envoyer n'importe quel signal à cet objet, mais il ne peut pas nous les envoyer. Autrement dit, aucun signal ne peut dépasser le trou noir.

Un trou noir vit selon les lois physiques ordinaires, mais en raison de la forte gravité, aucun corps matériel, pas même un photon, n’est capable de dépasser cette surface critique. Les trous noirs se forment au cours de l'évolution des étoiles ordinaires, lorsque le noyau central s'effondre et qu'une partie de la matière de l'étoile, s'effondrant, se transforme en trou noir, et l'autre partie de l'étoile est éjectée sous la forme d'une coquille de supernova, se transformant en la soi-disant « explosion » d’une supernova.

Comment nous avons vu l'onde gravitationnelle

Donnons un exemple. Lorsque nous avons deux flotteurs à la surface de l’eau et que l’eau est calme, la distance qui les sépare est constante. Lorsqu'une vague arrive, elle déplace ces flotteurs et la distance entre les flotteurs change. La vague est passée - les flotteurs reviennent à leurs positions précédentes et la distance entre eux est rétablie.

Une onde gravitationnelle se propage dans l’espace-temps de la même manière : elle comprime et étire les corps et les objets qui se rencontrent sur son passage. « Lorsqu'un certain objet est rencontré sur le trajet d'une onde, il se déforme le long de ses axes et, après son passage, il reprend sa forme antérieure Sous l'influence d'une onde gravitationnelle, tous les corps sont déformés, mais ces déformations sont très. insignifiant », dit Gnatyk.

Lorsque la vague enregistrée par les scientifiques est passée, la taille relative des corps dans l'espace a changé d'un montant de l'ordre de 1 fois 10 à la puissance moins 21. Par exemple, si vous prenez une règle de mètre, elle a rétréci d’un montant égal à sa taille multipliée par 10 à la puissance moins 21. Il s’agit d’une toute petite quantité. Et le problème était que les scientifiques devaient apprendre à mesurer cette distance. Les méthodes conventionnelles donnaient une précision de l’ordre de 1 sur 10 à la puissance 9 de millions, mais ici une précision beaucoup plus élevée est nécessaire. À cette fin, des antennes dites gravitationnelles (détecteurs d’ondes gravitationnelles) ont été créées.

L'antenne qui enregistrait les ondes gravitationnelles est construite de cette manière : il y a deux tuyaux, d'environ 4 kilomètres de long, situés en forme de lettre « L », mais avec les mêmes bras et à angle droit. Lorsqu’une onde gravitationnelle frappe un système, elle déforme les ailes de l’antenne, mais selon son orientation, elle déforme davantage l’une et moins l’autre. Et puis une différence de chemin apparaît, le modèle d'interférence du signal change - une amplitude totale positive ou négative apparaît.

"C'est-à-dire que le passage d'une onde gravitationnelle est similaire à une vague sur l'eau passant entre deux flotteurs : si nous mesurions la distance qui les sépare pendant et après le passage de l'onde, nous verrions que la distance changerait, puis deviendrait encore la même chose », a-t-il déclaré Gnatyk.

Ici, le changement relatif de la distance des deux ailes de l'interféromètre, dont chacune mesure environ 4 kilomètres de longueur, est mesuré. Et seules des technologies et des systèmes très précis peuvent mesurer un tel déplacement microscopique des ailes provoqué par une onde gravitationnelle.

Aux confins de l’Univers : d’où vient la vague ?

Les scientifiques ont enregistré le signal à l'aide de deux détecteurs situés dans deux États des États-Unis : la Louisiane et Washington, à une distance d'environ 3 000 kilomètres. Les scientifiques ont pu estimer d’où et à quelle distance provenait ce signal. Les estimations montrent que le signal provenait d'une distance de 410 mégaparsecs. Un mégaparsec est la distance parcourue par la lumière en trois millions d’années.

Pour que ce soit plus facile à imaginer : la galaxie active la plus proche de nous avec un trou noir supermassif au centre est Centaurus A, qui est située à une distance de quatre mégaparsecs de la nôtre, tandis que la nébuleuse d'Andromède est à une distance de 0,7 mégaparsecs. "C'est-à-dire que la distance d'où provient le signal des ondes gravitationnelles est si grande que le signal a voyagé jusqu'à la Terre pendant environ 1,3 milliard d'années. Ce sont des distances cosmologiques qui atteignent environ 10 % de l'horizon de notre Univers", a déclaré le scientifique.

A cette distance, dans une galaxie lointaine, deux trous noirs ont fusionné. Ces trous, d'une part, étaient de taille relativement petite et, d'autre part, la grande amplitude du signal indique qu'ils étaient très lourds. Il a été établi que leurs masses étaient respectivement de 36 et 29 masses solaires. La masse du Soleil, comme on le sait, est égale à 2 fois 10 puissance 30 d'un kilogramme. Après la fusion, ces deux corps ont fusionné et maintenant à leur place s'est formé un seul trou noir, qui a une masse égale à 62 masses solaires. Au même moment, environ trois masses du Soleil ont jailli sous forme d’énergie d’onde gravitationnelle.

Qui a fait la découverte et quand

Les scientifiques du projet international LIGO ont réussi à détecter une onde gravitationnelle le 14 septembre 2015. LIGO (Observatoire de Gravitation par Interférométrie Laser) est un projet international auquel participent un certain nombre d'États, apportant une certaine contribution financière et scientifique, notamment les États-Unis, l'Italie, le Japon, qui sont avancés dans le domaine de cette recherche.

L'image suivante a été enregistrée : les ailes du détecteur gravitationnel se sont déplacées à la suite du passage réel d'une onde gravitationnelle à travers notre planète et à travers cette installation. Cela n'a pas été signalé à l'époque, car il fallait traiter le signal, le « nettoyer », trouver et vérifier son amplitude. Il s'agit d'une procédure classique : de la découverte proprement dite à l'annonce de la découverte, il faut plusieurs mois pour émettre un constat motivé. "Personne ne veut gâcher sa réputation. Ce sont toutes des données secrètes, dont personne n'était au courant avant leur publication, il n'y avait que des rumeurs", a noté Hnatyk.

Histoire

Les ondes gravitationnelles sont étudiées depuis les années 70 du siècle dernier. Durant cette période, un certain nombre de détecteurs ont été créés et un certain nombre d'études fondamentales ont été réalisées. Dans les années 80, le scientifique américain Joseph Weber a construit la première antenne gravitationnelle sous la forme d'un cylindre en aluminium mesurant environ plusieurs mètres, équipé de capteurs piézoélectriques censés enregistrer le passage d'une onde gravitationnelle.

La sensibilité de cet appareil était un million de fois pire que celle des détecteurs actuels. Et, bien sûr, il n’a pas pu réellement détecter l’onde à ce moment-là, bien que Weber ait déclaré qu’il l’avait fait : la presse en a parlé et un « boom gravitationnel » s’est produit – des antennes gravitationnelles ont été immédiatement construites dans le monde entier. Weber a encouragé d'autres scientifiques à s'intéresser aux ondes gravitationnelles et à poursuivre leurs expériences sur ce phénomène, qui a permis d'augmenter d'un million de fois la sensibilité des détecteurs.

Cependant, le phénomène des ondes gravitationnelles lui-même a été enregistré au siècle dernier, lorsque les scientifiques ont découvert un double pulsar. Il s’agissait d’un enregistrement indirect de l’existence d’ondes gravitationnelles, prouvée par des observations astronomiques. Le pulsar a été découvert par Russell Hulse et Joseph Taylor en 1974 lors d'observations avec le radiotélescope de l'Observatoire d'Arecibo. Les scientifiques ont reçu le prix Nobel en 1993 « pour la découverte d'un nouveau type de pulsar, qui a ouvert de nouvelles opportunités dans l'étude de la gravité ».

La recherche dans le monde et en Ukraine

En Italie, un projet similaire appelé Virgo est en voie d'achèvement. Le Japon a également l'intention de lancer un détecteur similaire dans un an et l'Inde prépare également une telle expérience. Autrement dit, des détecteurs similaires existent dans de nombreuses régions du monde, mais ils n'ont pas encore atteint le mode de sensibilité permettant de parler de détection d'ondes gravitationnelles.

« Officiellement, l'Ukraine ne fait pas partie du LIGO et ne participe pas non plus aux projets italiens et japonais. Parmi ces domaines fondamentaux, l'Ukraine participe désormais au projet LHC (Large Hadron Collider) et au CERN (nous deviendrons officiellement un participant uniquement). après avoir payé le droit d'entrée) ", a déclaré à LIGA.net le docteur en sciences physiques et mathématiques Bohdan Gnatyk.

Selon lui, depuis 2015, l'Ukraine est membre à part entière de la collaboration internationale CTA (Cerenkov Telescope Array), qui construit un multitélescope moderne. TeV longue plage gamma (avec des énergies de photons jusqu'à 1014 eV). "Les principales sources de tels photons sont précisément le voisinage des trous noirs supermassifs, dont le rayonnement gravitationnel a été enregistré pour la première fois par le détecteur LIGO. Par conséquent, l'ouverture de nouvelles fenêtres en astronomie - ondes gravitationnelles et multi TeV« La technologie électromagnétique nogo nous promet bien d’autres découvertes dans le futur », ajoute le scientifique.

Quelle est la prochaine étape et comment les nouvelles connaissances aideront-elles les gens ? Les scientifiques ne sont pas d’accord. Certains disent que ce n’est que la prochaine étape dans la compréhension des mécanismes de l’Univers. D’autres y voient les premiers pas vers de nouvelles technologies permettant de se déplacer dans le temps et dans l’espace. D'une manière ou d'une autre, cette découverte a prouvé une fois de plus à quel point nous comprenons peu et combien il reste à apprendre.

"Récemment, une série d'expériences à long terme sur l'observation directe des ondes gravitationnelles a suscité un fort intérêt scientifique", a écrit le physicien théoricien Michio Kaku dans son livre de 2004 Le Cosmos d'Einstein. — Le projet LIGO (Laser Interferometer for Observing Gravitational Waves) pourrait être le premier à « voir » des ondes gravitationnelles, très probablement issues de la collision de deux trous noirs dans l'espace lointain. LIGO est le rêve devenu réalité d’un physicien, la première installation dotée de suffisamment de puissance pour mesurer les ondes gravitationnelles. »

La prédiction de Kaku s'est réalisée : jeudi, un groupe de scientifiques internationaux de l'observatoire LIGO a annoncé la découverte d'ondes gravitationnelles.

Les ondes gravitationnelles sont des oscillations dans l'espace-temps qui « échappent » à des objets massifs (tels que des trous noirs) qui se déplacent avec accélération. En d’autres termes, les ondes gravitationnelles sont une perturbation généralisée de l’espace-temps, une déformation progressive du vide absolu.

Un trou noir est une région de l’espace-temps dont l’attraction gravitationnelle est si forte que même les objets se déplaçant à la vitesse de la lumière (y compris la lumière elle-même) ne peuvent en sortir. La frontière séparant un trou noir du reste du monde s’appelle l’horizon des événements : tout ce qui se passe à l’intérieur de l’horizon des événements est caché aux yeux d’un observateur extérieur.

Erin Ryan Une photo d'un gâteau publiée en ligne par Erin Ryan.

Les scientifiques ont commencé à capter les ondes gravitationnelles il y a un demi-siècle : c’est à cette époque que le physicien américain Joseph Weber s’est intéressé à la théorie de la relativité générale (GTR) d’Einstein, a pris un congé sabbatique et a commencé à étudier les ondes gravitationnelles. Weber a inventé le premier appareil permettant de détecter les ondes gravitationnelles et a rapidement annoncé qu'il avait enregistré « le son des ondes gravitationnelles ». Cependant, la communauté scientifique a réfuté son message.

Cependant, c’est grâce à Joseph Weber que de nombreux scientifiques se sont transformés en « chasseurs de vagues ». Aujourd'hui, Weber est considéré comme le père du domaine scientifique de l'astronomie des ondes gravitationnelles.

"C'est le début d'une nouvelle ère de l'astronomie gravitationnelle"

L'observatoire LIGO, où les scientifiques ont enregistré les ondes gravitationnelles, se compose de trois installations laser aux États-Unis : deux sont situées dans l'État de Washington et une en Louisiane. C'est ainsi que Michio Kaku décrit le fonctionnement des détecteurs laser : « Le faisceau laser est divisé en deux faisceaux distincts, qui sont ensuite perpendiculaires l'un à l'autre. Puis, réfléchis par le miroir, ils se reconnectent. Si une onde gravitationnelle traverse un interféromètre (appareil de mesure), les longueurs de trajet des deux faisceaux laser seront perturbées et cela se reflétera dans leur diagramme d'interférence. Pour s'assurer que le signal enregistré par l'installation laser n'est pas aléatoire, des détecteurs doivent être placés en différents points de la Terre.

Ce n’est que sous l’influence d’une gigantesque onde gravitationnelle, bien plus grande que notre planète, que tous les détecteurs fonctionneront simultanément.

Aujourd'hui, la collaboration LIGO a détecté un rayonnement gravitationnel provoqué par la fusion d'un système binaire de trous noirs de masses de 36 et 29 masses solaires en un objet d'une masse de 62 masses solaires. "C'est la première mesure directe (il est très important que ce soit direct !) de l'action des ondes gravitationnelles", a commenté Sergueï Viatchanine, professeur à la Faculté de physique de l'Université d'État de Moscou, au correspondant de Gazeta.Ru. département des sciences. — Autrement dit, un signal a été reçu de la catastrophe astrophysique de la fusion de deux trous noirs. Et ce signal est identifié - c'est aussi très important ! Il est clair qu’il s’agit de deux trous noirs. Et c'est le début d'une nouvelle ère de l'astronomie gravitationnelle, qui permettra d'obtenir des informations sur l'Univers non seulement grâce à des sources optiques, de rayons X, électromagnétiques et de neutrinos, mais aussi grâce aux ondes gravitationnelles.

On peut dire que 90 pour cent des trous noirs ont cessé d’être des objets hypothétiques. Certains doutes subsistent, mais le signal capté correspond néanmoins très bien à ce que prédisent d'innombrables simulations de la fusion de deux trous noirs conformément à la théorie de la relativité générale.

C’est un argument fort selon lequel les trous noirs existent. Il n’y a pas encore d’autre explication pour ce signal. Il est donc admis que les trous noirs existent.

"Einstein serait très heureux"

Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Albert Einstein (qui, soit dit en passant, était sceptique quant à l'existence des trous noirs) dans le cadre de sa théorie de la relativité générale. Dans GR, le temps s'ajoute aux trois dimensions spatiales et le monde devient quadridimensionnel. Selon la théorie qui a bouleversé toute la physique, la gravité est une conséquence de la courbure de l’espace-temps sous l’influence de la masse.

Einstein a prouvé que toute matière se déplaçant avec une accélération crée une perturbation dans l'espace-temps : une onde gravitationnelle. Cette perturbation est d'autant plus grande que l'accélération et la masse de l'objet sont élevées.

En raison de la faiblesse des forces gravitationnelles par rapport à d’autres interactions fondamentales, ces ondes devraient avoir une très petite ampleur, difficile à enregistrer.

Lorsqu’ils expliquent la relativité générale aux spécialistes des sciences humaines, les physiciens leur demandent souvent d’imaginer une feuille de caoutchouc étirée sur laquelle sont posées d’énormes billes. Les billes s'enfoncent dans le caoutchouc et la feuille étirée (qui représente l'espace-temps) se déforme. Selon la relativité générale, l’Univers tout entier est constitué de caoutchouc sur lequel chaque planète, chaque étoile et chaque galaxie laisse des traces. Notre Terre tourne autour du Soleil comme une petite boule, lancée pour rouler autour du cône d'un entonnoir formé par la « poussée » de l'espace-temps par une boule lourde.

DOCUMENT/Reuters

La boule lourde c'est le Soleil

Il est probable que la découverte des ondes gravitationnelles, qui constitue la principale confirmation de la théorie d'Einstein, soit éligible au prix Nobel de physique. "Einstein serait très heureux", a déclaré Gabriella Gonzalez, porte-parole de la collaboration LIGO.

Selon les scientifiques, il est trop tôt pour parler de l'applicabilité pratique de la découverte. « Mais Heinrich Hertz (le physicien allemand qui a prouvé l'existence des ondes électromagnétiques - Gazeta.Ru) aurait-il pu penser qu'il y aurait un téléphone portable ? Non! "Nous ne pouvons rien imaginer maintenant", a déclaré Valery Mitrofanov, professeur à la Faculté de physique de l'Université d'État de Moscou. M.V. Lomonossov. — Je me concentre sur le film « Interstellar ». Il est critiqué, certes, mais même un homme sauvage pourrait imaginer un tapis volant. Et le tapis magique s’est transformé en avion, et c’est tout. Et ici, nous devons imaginer quelque chose de très complexe. Dans Interstellar, l'un des points est lié au fait qu'une personne peut voyager d'un monde à un autre. Si vous imaginez ainsi, croyez-vous qu'une personne peut voyager d'un monde à un autre, qu'il peut y avoir plusieurs univers – n'importe quoi ? Je ne peux pas répondre non. Car un physicien ne peut pas répondre « non » à une telle question ! Seulement si cela contredit certaines lois de conservation ! Il existe des options qui ne contredisent pas les lois physiques connues. Ainsi, il peut y avoir des voyages à travers les mondes ! »