Ce que les ondes gravitationnelles pourraient nous aider à découvrir des planètes extra galactiques

Atlantico.fr : Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle et comment se diffuse-t-elle dans l'espace ?

Olivier Sanguy : Une onde gravitationnelle est une déformation de l’espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière. Cette déformation résulte de l’accélération d’une masse. La théorie de la relativité d’Einstein induit en elle-même de telles ondes. On représente souvent l’effet de la gravitation sur l’espace-temps par l’analogie d’une boule de billard posée sur un drap tendu. Le creux nous permet en effet de visualiser la courbure de l’espace-temps (le drap) qui résulte par exemple de la masse d’une planète (la boule de billard). Les ondes gravitationnelles seraient alors des ondes qui parcourraient le drap à la façon des vaguelettes qu’on produit en remuant avec le doigt la surface d’une étendue d’eau. Il est à noter qu’Albert Einstein lui-même n’était pas totalement certain que de telles ondes puissent exister. Puis la communauté scientifique a en grande majorité conclu qu’elles étaient réelles, mais extrêmement difficiles à détecter, car la déformation de l’espace-temps en jeu est de l’ordre du millième de la taille d’un atome ! On a tout d’abord soupçonné leur existence indirectement en mesurant des variations dans des systèmes stellaires doubles très particuliers qui ne s’expliquent que s’il y a bien émission d’ondes gravitationnelles. Puis, en 2015 (confirmé l’année suivante), le détecteur d’ondes gravitationnelles LIGO aux États-Unis a détecté celles émises par la collision de deux trous noirs. On constate d’ailleurs à quel point on se penche sur un phénomène extrêmement fin puisqu’il faut un événement aussi énergétique que la fusion de deux trous noirs pour qu’on parvienne à percevoir les ondes gravitationnelles qui en résultent.

Comment les ondes gravitationnelles pourraient-elles nous aider à découvrir des planètes extra galactiques ?

Il s’agit un peu d’un plan sur la comète, mais cela montre aussi tout le potentiel de l’astronomie des ondes gravitationnelles. Il faut comprendre qu’en accédant à la détection de ces ondes, on s’ouvre une nouvelle fenêtre d’observation de l’univers. Les premiers astronomes ne voyaient ainsi que la lumière visible, d’abord avec leurs yeux puis avec des télescopes. Ensuite, des capteurs ont permis d’observer dans des types de rayonnements électromagnétiques que nous ne percevons pas comme l’ultraviolet, l’infrarouge, les rayonnements X ou gamma, etc. Sans oublier la radioastronomie. À chaque fois, ces nouvelles fenêtres d’observation s’accompagnent d’avancées scientifiques. Et il en sera de même pour les ondes gravitationnelles puisqu’elles sont générées par toute masse qui se déplace dans l’espace-temps. Donc, théoriquement, une planète qui tourne autour de son étoile créée des ondes gravitationnelles. Celles-ci ont une «signature» qui dépend de l’événement qui en est à l’origine. L’astronome peut alors déduire le type d’événement à l’origine de l’onde. De plus, les ondes gravitationnelles interagissant très peu avec la matière, elles parcourent l’univers en étant très peu affectées. Elles traversent par exemple sans problème un nuage de poussières interstellaires opaques à la lumière. On pense même qu’elles pourraient ainsi convoyer d’importantes informations sur l’état de l’univers à ses débuts. Le défi reste toutefois de disposer de détecteurs suffisamment sensibles et précis pour percevoir autre chose que les ondes gravitationnelles issues de phénomènes extrêmes comme la collision de deux trous noirs ! Sur Terre, le bruit de fond sera probablement trop important et une solution résidera dans des observatoires d’ondes gravitationnelles situés dans l’espace. Lancé fin 2015, le satellite de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) LISA Pathfinder a démontré qu’un détecteur d’ondes gravitationnelles pouvait fonctionner dans l’espace. Attention, il s’agit là d’un démonstrateur technologique : l’observatoire spatial d’ondes gravitationnelles reste à construire et à lancer. Il s’agit de eLISA prévu pour les années 2030. Du coup, à l’avenir, on peut éventuellement tabler sur des niveaux de détection permettant de saisir la signature d’exoplanètes suffisamment massives autour de leur étoile, même si elles sont dans des galaxies autres que la nôtre (d’où le extra galactique). L’idée a fait l’objet d’une publication scientifique par Camilla Danielski de l’université de Paris-Saclay en France et Nicola Tamanini de l’institut Max-Planck en Allemagne.

En quoi cette découverte peut-elle être utile sur Terre ?

De la même façon que toute avancée dans la compréhension de notre univers finit par avoir des applications pratiques. Je cite souvent l’exemple de la relativité d’Einstein dont on peut penser qu’elle n’a pas d’applications dans la vie de tous les jours. Pourtant, les systèmes de géolocalisation par satellites comme le GPS ou Galileo qu’on utilise quasi quotidiennement avec des smartphones doivent en tenir compte. Tout repose sur des horloges extrêmement précises placées à bord de satellites. Si on n’intègre pas les effets de la relativité sur ces horloges, les erreurs s’accumulent. Comprendre l’univers n’est pas abstrait, car c’est la réalité dans laquelle nous vivons et ce qui peut apparaître «loin de nous» finit par avoir des applications très «terre à terre». Enfin, les technologies de pointe qui seront mises en œuvre, soit en les créant, soit en améliorant l’existant, pour détecter avec plus d’acuité les ondes gravitationnelles feront progresser l’ingénierie et, comme cela a déjà été le cas de nombreuses fois, finiront par bénéficier à des domaines qui nous concernent plus directement.

Crédit : DR / (ESA/NASA)