En février 2016, des scientifiques de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) ont marqué l'histoire en annonçant la toute première détection d'ondes gravitationnelles (GW). Ces ondulations dans le tissu même de l'Univers, qui sont causées par des fusions de trous noirs ou des collisions de naines blanches, ont été prédites pour la première fois par la Théorie de la Relativité Générale d'Einstein il y a environ un siècle.
Il y a environ un an, les deux installations de LIGO ont été mises hors ligne afin que ses détecteurs puissent subir une série de mises à niveau matérielles. Ces mises à niveau étant maintenant terminées, LIGO a récemment annoncé que l'observatoire sera de nouveau en ligne le 1er avril. À ce stade, ses scientifiques s'attendent à ce que sa sensibilité accrue permette des détections «presque quotidiennes».
Jusqu'à présent, un total de 11 événements d'ondes gravitationnelles ont été détectés au cours d'environ trois ans et demi. Dix d'entre eux étaient le résultat de fusions de trous noirs tandis que le signal restant était provoqué par une paire d'étoiles à neutrons entrant en collision (un événement kilonova). En étudiant ces événements et d'autres comme eux, les scientifiques se sont effectivement lancés dans une nouvelle ère de l'astronomie.
Et avec les mises à niveau du LIGO maintenant terminées, les scientifiques espèrent doubler le nombre d'événements détectés au cours de l'année à venir. Dit Gabriela González, professeur de physique et d'astronomie à la Louisiana State University qui a passé des années à chasser les GW:
«Galileo a inventé le télescope ou l'a utilisé pour la première fois pour faire de l'astronomie il y a 400 ans. Et aujourd'hui, nous construisons toujours de meilleurs télescopes. Je pense que cette décennie a été le début de l'astronomie des ondes gravitationnelles. Donc, cela continuera de progresser, avec de meilleurs détecteurs, avec différents détecteurs, avec plus de détecteurs. »
Situés à Hanfrod, dans l'État de Washington et à Livingston, en Louisiane, les deux détecteurs LIGO sont constitués de deux tuyaux en béton qui sont reliés à la base (formant un géant en forme de L) et s'étendent perpendiculairement l'un à l'autre sur environ 3,2 km (2 mi). À l'intérieur des pipelines, deux puissants faisceaux laser qui rebondissent sur une série de miroirs sont utilisés pour mesurer la longueur de chaque bras avec une précision extrême.
Au fur et à mesure que les ondes gravitationnelles traversent les détecteurs, elles déforment l'espace et font que la longueur change sur la plus petite des distances (c'est-à-dire au niveau subatomique). Selon Joseph Giaime, le chef de l'Observatoire LIGO à Livingston, en Louisiane, les récentes améliorations incluent des optiques qui augmenteront la puissance du laser et réduiront le «bruit» dans leurs mesures.
Pour le reste de l'année, la recherche sur les ondes gravitationnelles sera également renforcée par le fait qu'un troisième détecteur (l'interféromètre Virgo en Italie) effectuera également des observations. Au cours de la dernière campagne d'observation du LIGO, qui a duré de novembre 2016 à août 2017, Virgo n'était opérationnelle que et pouvait offrir un support pour la toute fin.
En outre, l'observatoire japonais KAGRA devrait être mis en ligne dans un proche avenir, ce qui permettra un réseau de détection encore plus robuste. En fin de compte, le fait d'avoir plusieurs observatoires séparés par de grandes distances à travers le monde permet non seulement un plus grand degré de confirmation, mais aide également à réduire les emplacements possibles des sources de GW.
Pour la prochaine course d'observation, les astronomes de GW bénéficieront également d'un système d'alerte publique - qui est devenu une caractéristique régulière de l'astronomie moderne. Fondamentalement, lorsque LIGO détecte un événement GW, l'équipe enverra une alerte afin que les observatoires du monde entier puissent diriger leurs télescopes vers la source - au cas où l'événement produirait des phénomènes observables.
Ce fut certainement le cas avec l'événement Kilnova qui a eu lieu en 2017 (également connu sous le nom de GW170817). Après la collision des deux étoiles à neutrons qui ont produit les GW, une brillante rémanence s'est produite qui s'est en fait éclaircie avec le temps. La collision a également entraîné la libération de jets de matériaux ultra-rapides et la formation d'un trou noir.
Selon Nergis Mavalvala, chercheur sur les ondes gravitationnelles au MIT, les phénomènes observables liés aux événements de GW ont jusqu'à présent été un traitement rare. De plus, il y a toujours la possibilité de repérer quelque chose de complètement inattendu qui laissera les scientifiques perplexes et stupéfaits:
"Nous n'avons vu que cette poignée de trous noirs parmi tous ceux qui existent. Il y a beaucoup, beaucoup de questions auxquelles nous ne savons toujours pas comment répondre… C'est ainsi que la découverte se produit. Vous allumez un nouvel instrument, vous le montrez du ciel et vous voyez quelque chose dont vous n'aviez aucune idée. »
La recherche sur les ondes gravitationnelles n'est qu'une des nombreuses révolutions qui ont lieu en astronomie ces jours-ci. Et tout comme les autres domaines de recherche (comme les études sur les exoplanètes et les observations de l'Univers précoce), il devrait bénéficier de l'introduction d'instruments et de méthodes améliorés dans les années à venir.
