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C’est la faute aux ondes gravitationnelles

Publié Par Mathis LeCorbot

Il existe une nouvelle mode depuis quelque temps, celle de placer les mots « ondes gravitationnelles » partout où l’on voit des rides ou des vagues. Les nuages forment des moutons parallèles, c’est l’effet des ondes gravitationnelles. Des rides dans des dunes, les ondes gravitationnelles. Des rides sur l’eau, les ondes gravitationnelles.

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Les ondes gravitationnelles ne sont pas visibles à notre échelle et ne laissent pas de traces apparentes de leur passage. Elles déforment l’espace d’une manière microscopique lorsqu’elles se propagent à la vitesse de la lumière. Depuis peu, on les détecte en faisant voyager un rayon laser entre des miroirs distants de plusieurs dizaines de kilomètres et l’on réussit à peine à mesurer une variation infinitésimale de cette longueur. Si elles faisaient des vagues dans des dunes, soyez certain que nous serions en train d’être pulvérisés par deux trous noirs en coalescence dans la banlieue proche de la Terre.

Alors, non, les ondes gravitationnelles ne font pas rider les dunes ni ne dessinent des rouleaux dans les nuages. De bien grandes bêtises proférées par des gens ignorant tout de ce phénomène qui fut prédit par Albert Einstein un an après avoir complété sa théorie de la relativité générale. Il publia un article à ce sujet dans une revue scientifique en 1916, mais il a quand même toujours fortement douté de leur existence, changeant plusieurs fois d’idée par la suite. Une fois de plus, son instinct ne l’avait pas trompé.

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Les ondes gravitationnelles ne ressemblent pas aux ondes électromagnétiques connues qui utilisent les photons pour transporter l’énergie. Ce sont donc des ondes de gravitation qui déforment l’espace-temps lorsqu’elles irradient à partir de leur lieu d’origine.

Il est raisonnable de penser qu’une particule joue le même rôle que le photon, dans leur propagation, ce serait le graviton. Lui aussi se déplacerait à la même vitesse c que son homologue électromagnétique. Mais si les ondes gravitationnelles ont été récemment détectées et confirmées, il n’en fut pas de même pour le graviton qui reste une particule hypothétique.

Les déformations spatiales exigent de l’énergie, on ne plie pas l’espace gratuitement. Ainsi, deux trous noirs qui se tournent autour avant de fusionner perdront une partie de leur masse transportée sous forme d’énergie par les ondes gravitationnelles.

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La première détection d’ondes gravitationnelles a eu lieu le 14 septembre 2015 par les trois détecteurs LIGO et les scientifiques ont pu le confirmer le 11 février 2016, un siècle après la parution de l’article d’Einstein. Mais ce qui a rendu cette détection si spectaculaire est le fait d’avoir situé dans l’espace le lieu d’où provenait la production de ces ondes.

Couplée à d’autres observations résalisées par des télescopes traditionnels détectant des effets électromagnétiques complémentaires, ensemble, elles ont permis de découvrir la fusion de deux trous noirs de 36 et 29 masses solaires survenue à une distance de 1,3 milliard d’années-lumière. Il en est résulté un trou noir de 62 masses solaires. Ils ont donc perdu 5 % de leur masse, l’équivalent de trois fois la masse de notre Soleil, transformée en énergie qui a déformé l’espace jusqu’à nous. À leur arrivée sur Terre, le train d’ondes a fait osciller nos dimensions spatiales de seulement quelques zeptomètres (10-21 m). C’est tout dire sur la difficulté de mesurer ces variations infinitésimales de compression et dilatation d’espace.

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Depuis, d’autres détections ont eu lieu, confirmant la première tout en donnant du pep à d’autres détecteurs en cours de construction. Bientôt, nous posséderons tout un réseau de détecteurs capables de bien mesurer et localiser les sources de ces émissions.

Mais soyez assuré et rassuré, aucun phénomène visible n’est causé par le passage de ces vagues d’espace-temps et il vous est impossible de les sentir.

Voir des étoiles à neutrons produire des métaux lourds

Publié Par Mathis LeCorbot

La presse scientifique se déchaine et les autres médias emboitent le pas. Pourtant, pour le commun des mortels, cette nouvelle ne l’intéressera que très peu, puisqu’elle ne parle ni de sports ni de potins de stars. Elle confirme plusieurs hypothèses sur les mécanismes qui créent les éléments les plus lourds, dont l’or, le platine et l’uranium. Deux étoiles à neutrons se sont livrées à une danse mortelle en révolutionnant l’une autour de l’autre jusqu’à fusionner. Mais que sont ces étoiles à neutrons ?

On connait tous l’image classique d’un atome avec son noyau composé de protons et de neutrons et un paquet d’électrons gravitant autour de lui. Malgré l’imprécision de cette image, elle est suffisante pour comprendre ce qu’est une étoile à neutrons. Une étoile classique est un délicat équilibre entre deux pressions antagonistes. Tout d’abord, une pression d’expansion issue de l’explosion thermonucléaire de son noyau lorsque quatre atomes d’hydrogène fusionnent pour former un atome d’hélium. La deuxième est une pression de compression provenant de la force gravitationnelle tendant à écraser les atomes. De ces deux forces inverses résulte une étoile stable.

Mais le carburant nucléaire n’est pas infini et lorsque meurt tout espoir de fusionner suffisamment d’atomes pour préserver cet équilibre, la gravitation gagne son combat et écrase sans pitié les atomes devenus vulnérables. Les électrons des différents atomes voisins ne parviennent plus à se repousser mutuellement et sont écrasés sur les noyaux. Protons et électrons n’ont d’autre choix que de fusionner pour produire des neutrons. Ne reste plus des atomes originaux qu’un tas de neutrons empilés, un état dégénéré de la matière. L’espace autrefois utilisé par les électrons pour révolutionner autour des noyaux et maintenir les atomes à distance entre eux n’existe plus. Quasiment toute la masse de l’étoile est devenue un bloc extrêmement compact de neutrons, si compact que le diamètre de l’étoile tout entière ne dépasse pas la trentaine de kilomètres. Voilà ce qu’est en peu de mots une étoile à neutrons.

Ce qui est survenu très récemment, c’est la fusion de deux de ces étoiles à neutrons et nous étions prêts à les observer. Je parlerai dans un autre article du mécanisme qui nous a permis de répondre : « présent ! »  Lors de cette fusion cataclysmique, une bonne partie des neutrons réussissent à se libérer du champ gravitationnel lorsqu’ils sont violemment éjectés. Durant ce processus, une partie des neutrons redeviennent des protons et des électrons, car la pression les retenant dans cet état dégénéré est disparue. Le résultat est que des noyaux d’atomes normaux se créent tout comme leur cortège d’électrons. Puisque la matière première de ces nouveaux atomes n’est qu’un tas de neutrons, ce sont des atomes de préférence très lourds qui se créent. C’est ainsi que se fabriquent les plus lourds atomes du tableau périodique des éléments chimiques dont l’or, le platine, l’uranium, le mercure, le plomb, et autres métaux lourds.

C’est la première fois que nous voyons et enregistrons une foule de données tirées directement de ce phénomène autrefois uniquement présumées. Elles serviront à affiner les modèles théoriques et peut-être à découvrir d’autres phénomènes sous-jacents.

Même si on peut très bien vivre sans vraiment comprendre l’origine de ces éléments chimiques aujourd’hui indispensables à notre mode de vie profondément ancrée dans la technologie moderne, une fois de plus, l’humain a décodé une autre curiosité de la Nature, et ce n’est pas rien. Maitriser ces phénomènes nous aide à grandir, à progresser vers de nouvelles connaissances fondamentales.

Un vaisseau spatial est l’assemblage cohérent d’une quantité incroyable de connaissances qui, prises individuellement, nous sembleraient probablement inutiles si nous nous reportions à l’époque de leurs découvertes. Notre existence sur Terre finira un jour par atteindre son terme. Ce n’est pas une prédiction, mais une conséquence de la fin inexorable de notre étoile, le Soleil. Même s’il nous reste encore bien du temps devant nous, chaque nouvelle compétence nous rapproche un peu plus du moment où il nous sera possible de migrer avec succès vers d’autres mondes aujourd’hui inconnus.

Oui, je vous avais promis un article sur les extraterrestres. Il sera bientôt publié, c’est promis. J’ai toutefois considéré devoir passer cette extraordinaire nouvelle en priorité.

Photo: Huffington Post