On pensait qu'il existait probablement un fond cosmologique chaotique d'ondes gravitationnelles provenant de diverses sources, en particulier les trous noirs supermassifs binaires, mais aussi peut-être des supercordes cosmiques ou encore d'événements survenus pendant le Big Bang, comme une phase d'inflation ayant créé la matière qui nous entoure. Une astuce ingénieuse pour détecter et analyser ce fond cosmique, en ayant observé avec plusieurs radiotélescopes – comme celui de Nançais – des dizaines de pulsars dans la Voie lactée pendant plus d'une décennie, a visiblement conduit à une découverte à ce sujet. Elle sera annoncée cette semaine.

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    La noosphère sur TwitterTwitter, qui s'intéresse aux ondes gravitationnellesondes gravitationnelles et à la fenêtrefenêtre qu'elles ouvrent sur l'astrophysiqueastrophysique des trous noirs, voire la physiquephysique du Big BangBig Bang et celle au-delà du Modèle standardModèle standard de la physique des particules, est en ébullition. En effet, l'astrophysicienne italo-canadienne Chiara Mingarelli, chercheuse associée au Flatiron Institute Center for Computational Astrophysics et professeur adjointe à l'Université de Yale, a confirmé que la collaboration Nord American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) allait bien faire une annonce retentissante au sujet des ondulations du tissu de l'espace-tempsespace-temps prédites par Albert EinsteinEinstein il y a un peu plus d'un siècle maintenant.

    Vue d’artiste de l’expérience Epta. Observations d’un ensemble de pulsars répartis dans la Galaxie. Mesurée sur Terre, la variation du temps d’arrivée de leurs impulsions radio permet aux astronomes d’étudier de minuscules variations dans l’espace-temps. Appelées « ondes gravitationnelles », celles-ci se propagent dans l’Univers, issues d’un lointain passé alors que les galaxies fusionnaient entre elles avec en leur centre des couples de trous noirs supermassifs. © Michael Kramer, MPIfR

    La chercheuse a précisé ensuite que le 29 juin 2023, ce sera en fait toute la communauté mondiale des chasseurs d'ondes gravitationnelles utilisant les observations en radioastronomie des pulsarspulsars qui s'exprimera, ce qui implique que la découverte qui sera annoncée est très sérieuse et d'importance.

    Futura avait déjà consacré plusieurs articles à ce sujet, notamment parce que des radioastronomes français utilisant le fameux radiotélescope de Nançais, dans le cadre de l'European Pulsar Timing Array (Epta), sont impliqués dans cette chasse. Le lecteur pourra se reporter à ces articles pour plus de précisions, en attendant la conférence du 29 juin.

    Faisons tout de même déjà quelques rappels.

    Des trous noirs supermassifs qui fusionnent au bout de 25 millions d'années

    En 1917, Albert Einstein a montré que l'espace-temps était une sorte de tissu élastique pouvant se déformer en réponse aux mouvementsmouvements de la matièrematière, un peu comme la surface de l'eau sous l'action du ventvent ou d'un caillou jeté dans une mare. Dans les décennies qui allaient suivre la découverte des étoiles à neutrons et des trous noirs, les astrophysiciensastrophysiciens relativistes ont compris que deux de ces astresastres compacts en orbiteorbite l'un autour de l'autre allaient rayonner de l'énergieénergie sous forme d'ondes gravitationnelles. Sous l'effet de cette perte d'énergie, les astres allaient se mettre à un moment à adopter un mouvement en spirale avec une taille décroissante pour leur orbite, les conduisant inévitablement à entrer en collision. La fréquencefréquence des ondes émises étant le reflet de la période orbitalepériode orbitale décroissante pour les deux astres, ces ondes devaient donc se présenter avec une fréquence croissante avant la collision finale et selon une forme bien précise traduisant aussi bien la théorie relativiste de la gravitationgravitation décrivant notre UniversUnivers observable (qui n'est pas forcément exactement celle découverte par Einstein) que les massesmasses et les moments cinétiquesmoments cinétiques de rotation propres des astres compacts impliqués.

    Les calculs des astrophysiciens relativistes montrent qu'il y a en fait tout un bestiaire de sources gravitationnelles possibles produisant des signatures caractéristiques sur une large bande de fréquencesbande de fréquences qu'Homo sapiens peut mettre en évidence et allant de quelques kilohertz à quelques nanohertz. Les fréquences les plus élevées se retrouvent notamment avec des étoiles à neutrons et des trous noirs stellairestrous noirs stellaires dans la phase finale avant leur collision.

    Mais pour des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs d'un million à que...
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