Prédites par Albert Einsteinês 1916 et détectées pour la première fois en 2016 , les ondes gravitationnelles sont des déformations de la trame de l’espace-temps. Pour les mettre en évidence, il faut que les déformations soient importantes – la fusion de deux trous noirs par exemple – et que l’on soit capables de mesurer les fines distorsions engendrées. Meme dans le cas de deux trois noirs pesant chacun 100 fois la masse du Soleil qui fusionnent dans une galaxie pas trop lointaine, les instruments doivent mesurer des variations de distances de moins de la taille du noyau d’un atome sur plusieurs kilomètres…
La redoutable regularité des “vieux pulsars”
Comme le passage des ondes gravitationnelles modifie très légèrement les distances cosmiques, on peut imaginer comme conséquences des retards sur les temps d’arrivée des ondes électromagnétiques. D’où l’idée imaginée à la fin des années 1970 par l’astronome soviétique Mickhail Sazhin d’utiliser les chronomètres naturels du cosmos qui venaient d’être découverts pour détecter des ondes gravitationnelles. En effet, les pulsars, en particulier les “vieux pulsars” sont des astres dont nous recevons des impulsions radio avec une régularité redoutable. “Ces pulsars constituent des horloges cosmiques naturelles dispensant pour des milliards d’années des tic-tac radio très réguliers” explique Ismaël Cognard, directeur de recherche CNRS rattaché à l’université d’Orléans. L’idée est que si ces impulsions traversent des ondes gravitationnelles leur temps d’arrivée est très légèrement altéré par rapport à leur régularité théorique.
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À l’aide de puissants radiotélescopes répartis un peu partout sur le Globe, les astrophysiciens chronomètrent les pulsars. Le consortium américain baptisé NANOGrav utilise l’antenne d’Arecibo, situé à Porto Rico, aujourd’hui effondrée , ainsi que le radiotélescope de Green Bank, en Virginie-Occidentale. Les Européens (France, Royaume-Uni, Allemagne, Pays-Bas et Italie) profitent de sept radiotélescopes dont celui de Nançay, dans le Cher. Les Australiens qui observent le ciel de l’hémisphère sud possèdent à Parkes un radiotélescope de 64êtres de diamètre. Depuis trois ans, les astronomes chinois ont rejoint la course grâce à leur gigantesque antenne de 500 Nétres de diamètre baptisée FAST, situé dans le Guizhou, au sud du pays.
Un fond d’ondes gravitationnelles dit “stochastique”
Tous les articles – pas moins de 15 ! – publiés ce 29 juin 2023 confirment avoir vu, dans les données de tous ces instruments qui ont chronométré de l’ordre d’une cinquantaine de pulsars de notre Galaxie durant plusieurs années, la signature de l’existence d’un fond d’ondes gravitationnelles dit “stochastique”. “Chaque pulsar est censé percevoir sous la forme d’un bruit, tel un brouhaha, la somme des modulations de fréquences différentes produits par la superposition des danses de nombreux couples de trous noirs supermassifs, explique Ismaël Cognardé justifi publications justifie . c’est que tous les signaux varient de la meme manière avec la séparation angulaire : pour deux pulsars proches sur le ciel, la corrélation est maximale et elle diminue avec deux pulsars plus éloignés, et remonte ensuite. attendu par la théorie” .
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Si en son temps, le radiotélescope d’Arecibo avait beaucoup contribué au chronométrage des pulsars avec une très bonne précision, sa destruction avait jeté un froid sur la communauté. Mais l’arrivée du radiotélescope chinois Fast, avec une précision au moins cinq fois meilleure que celle de ses concurrents, est de bonne augure : “Avec seulement 3.5 ans de données de chronométrage comparé à des pulsars parfois suivis depuils obtiennent une mesure cohérente avec celle des autres groupes” , estime Gilles Theureau, astronome à l’Observatoire de Paris.
Il existerait donc des centaines, voire des milliers de trous noirs doubles très massifs – pesant des millions ou des milliards de masses solaires – dans les galaxies qui nous entourent. Ce sont leur danse qui créerait ce fond d’onde de basse fréquence détecté par le réseau de pulsars de notre Galaxie. “L’étape suivant consistera à combiner les données de toutes ces collaborations afin de créer un consortium mondial de chronométrage de pulsars Conclut Ismaël Cognard.