Une nouvelle fenêtre sur l'Univers
Publié le : 12/02/16
 
Pour la première fois, des ondulations de l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles, ont été observées. Cette découverte a été permise grâce aux collaborations LIGO et Virgo, auxquelles participent des chercheurs du laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) de Paris Diderot. Une découverte majeure qui révolutionne l'astrophysique.
 
Les chercheurs de Paris Diderot dont les noms sont associés à cette grande découverte
 
Christelle Buys
Eleonora Capocasa
Donatella Fiorucci
Alberto Gatto
Eric Le Bigot
Mateo Tacca
Philippe Bacon
Yann Bouffanais
Matteo Barsuglia
Eric Chassande-Morin
Avec la détection des ondes gravitationnelles, la communauté scientifique mondiale est en ébullition. Une extraordinaire aventure à laquelle des équipes de chercheurs de Paris Diderot ont participé dans le plus grand secret.

Pour cette annonce restée sous embargo jusqu’au dernier moment une grande conférence de presse a été organisée simultanément à Washington, à Cascina en Italie et au CNRS à Paris.
 
Matteo Barsuglia, directeur de recherche à APC était à Washington tandis qu’Eric Chassande-Morin, directeur de recherche également à APC et référent Europe de cette publication, était aux côtés des autres responsables de laboratoires français impliqués dans la découverte, au CNRS.

Pendant ce temps-là, dans le bâtiment Condorcet sur le campus Paris Diderot, Ed Porter et Antoine Kouchner intervenaient pour décrypter les enjeux de cette découverte au public réuni pour assister à la conférence de presse et aux interventions.

Grâce à son implication dans Virgo depuis 2008 et dans les expériences LISA Pathfinder et eLISA, le laboratoire APC est pleinement engagé dans la recherche des ondes gravitationnelles. Le groupe Virgo de l’APC contribue aussi bien au développement de l'instrument qu'à l'exploitation scientifique de ses données.  
 
 
Un  des membres du groupe a été en charge de la configuration optique de l’interféromètre lors de la  conception d’Advanced Virgo. Le groupe est responsable de la conception, de la production et de l’installation des "télescopes d’adaptation de modes" qui ajustent la taille du faisceau laser en entrée et en sortie du détecteur.

Le groupe contribue également à l’analyse des données de Virgo et LIGO, plus spécifiquement aux recherches de sources impulsionnelles – un des membres du groupe en partage la responsabilité. Le groupe APC est aussi l'initiateur de plusieurs projets combinant les observations des ondes gravitationnelles et celles de l'astronomie conventionnelle.

Un des membres du groupe APC a copiloté la mise en place du programme international de coopération entre des astronomes et les détecteurs LIGO et Virgo. 
 
"Les deux collaborations (Ligo et Virgo) travaillent main dans la main et des contributions cruciales dans l'analyse de ces événements ont été apportées par les équipes européennes, telles que le laboratoire Astroparticule et Cosmologie."
explique Stavros Katsanevas, directeur du laboratoire APC qui a présidé l'Observatoire européen des ondes gravitationnelles (EGO/ VIRGO) de 2002 à 2012.
 

Que nous apporte cette découverte des ondes gravitationnelles ? 
 
Les ondes gravitationnelles portent en elles des informations qui ne peuvent pas être obtenues autrement, concernant à la fois leurs origines extraordinaires (des phénomènes violents dans l'Univers) et la nature de la gravitation. La conclusion des physiciens est que les ondes gravitationnelles détectées ont été produites pendant la dernière fraction de seconde précédant la fusion de deux trous noirs en un trou noir unique, plus massif et en rotation sur lui-même. Ces ondes gravitationnelles ont été détectées le 14 septembre 2015, à 11h51, heure de Paris (9h51 GMT), par les deux détecteurs jumeaux de LIGO1 (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) situés aux Etats-Unis – à Livingston, en Louisiane, et Hanford, dans l'Etat de Washington.
 
L'analyse des données a permis aux scientifiques des collaborations LIGO et Virgo d'estimer que les deux trous noirs ont fusionné il y a 1.3 milliard d'années et avaient des masses d'environ 29 et 36 fois celle du Soleil.

Une aventure internationale
 
Autour de LIGO s'est constituée une collaboration scientifique de plus de 1000 scientifiques travaillant dans des universités aux Etats-Unis et dans 14 autres pays. Au sein du LIGO Scientific Collaboration (LSC), plus de 90 universités et instituts de recherche, incluant environ 250 étudiants, réalisent des développements technologiques pour les détecteurs et analysent les données collectées.
 
Les chercheurs travaillant sur Virgo sont regroupés au sein de la collaboration du même nom, comprenant plus de 250 physiciens, ingénieurs et techniciens appartenant à 19 laboratoires européens, dont APC. Eric Chassande-Mottin d'APC est l'un des deux scientifiques référents en Europe de cette publication signée par des centaines d'auteurs.
 
 
#Einsteinwasright 
 
Selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, un couple de trous noirs en orbite l'un autour de l'autre perd de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles. Les deux astres se rapprochent lentement, un phénomène qui peut durer des milliards d'années avant de s'accélérer brusquement. 
En une fraction de seconde, les deux trous noirs entrent en collision à une vitesse de l'ordre de la moitié de celle de la lumière et fusionnent en un trou noir unique. Celui-ci est plus léger que la somme des deux trous noirs initiaux car une partie de leur masse s'est convertie en ondes gravitationnelles selon la célèbre formule d'Einstein E=mc2. Il a fallu 50 ans et la conception de détecteurs de plus en plus sensibles pour détecter ce phénomène.
 
 
 
 
La publication scientifique des collaborations LIGO et Virgo annonçant leur découverte est cosignée par 75 scientifiques français appartenant aux laboratoires suivants :
 
le laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux (CNRS/Observatoire de la Côte d'Azur/Université Nice Sophia Antipolis), à Nice ;
le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (CNRS/Université Paris-Sud), à Orsay ;
le Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (CNRS/Université Savoie Mont Blanc), à Annecy-le-Vieux ;
le Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/UPMC/ENS/Collège de France), à Paris ;
le Laboratoire des matériaux avancés (CNRS), à Villeurbanne.
 
 
De gauche à droite : les deux détecteurs LIGO (à Hanford et Livingston, États-Unis) et le détecteur Virgo (Cascina, Italie).
© LIGO Laboratory (deux premières photos) et Virgo / Nicola Baldocchi 2015
 
 
Crédit photo :
Gravitational waves as emitted during black hole merger.
© S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), W. Benger (Airborne Hydro Mapping GmbH)

 
1Les observatoires LIGO sont financés par la National Science Foundation (NSF), ils ont été construits par Caltech et le MIT.
2La découverte a été rendu possible par la sensibilité accrue des instruments d'Advanced LIGO par rapport à la première génération des détecteurs LIGO. Elle a permis une augmentation notable du volume d'Univers sondé et la découverte des ondes gravitationnelles dès ses premières observations.