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GRAVITATION

Les ondes gravitationnelles confirment la théorie de la relativité générale

Dans la formulation de la relativité générale, une onde gravitationnelle est l’équivalent d’une onde électromagnétique lorsqu’on considère un phénomène gravitationnel tel que l’effondrement d’une étoile. En 1918, Einstein démontre que ses équations prédisent que l’émission d’une onde gravitationnelle doit accompagner certaines modifications de la distribution de masse d’un système, de façon semblable au rayonnement qui accompagne l’accélération d’une particule électriquement chargée et emporte une partie de l’énergie de cette particule. Comme l’onde électromagnétique, l’onde gravitationnelle transporte de l’énergie et se déplace à la vitesse de la lumière. L’émission d’ondes gravitationnelles disparaît dans la limite des champs de gravitation variant faiblement avec le temps – la limite « classique » où la relativité générale s’identifie avec la théorie de la gravité de Newton. La faiblesse intrinsèque de l’interaction gravitationnelle rend extraordinairement difficile la mise en évidence expérimentale de ce type d’onde, dont l’amplitude décroît comme l’inverse de la distance à leur source. Leur fréquence dépend du processus qui leur donne naissance : selon le type d’événements cosmiques considérés, elles peuvent varier de quelques centaines de hertz à moins d’un femtohertz. Deux types d’événements catastrophiques sont susceptibles d’engendrer des ondes détectables à grande distance : l’effondrement gravitationnel d’un astre compact et la coalescence d’un système binaire.

Implantation de l’interféromètre du projet LIGO à Livingston

Implantation de l’interféromètre du projet LIGO à Livingston

Si la recherche des ondes gravitationnelles reste pendant de nombreuses décennies au stade de projet irréaliste, les physiciens des collaborations internationales LIGO et Virgo apportent cependant entre 2015 et 2018 une réponse positive à cette quête. Le signal détecté en septembre 2015 par l’imposant interféromètre de l’expérience LIGO – et son adéquation avec le signal attendu pour la coalescence de deux trous noirs – est la première indication expérimentale de la pertinence de ce concept issu de la physique théorique. Il est l’événement fondateur d’une nouvelle astronomie de l’univers lointain et en particulier de ses événements les plus violents. Cette première observation des ondes gravitationnelles est rapidement suivie d’autres qui confirment sa pertinence : fin 2018, les physiciens de la collaboration LIGO-Virgo publient un catalogue provisoire de onze événements détectés, dont dix sont attribués à la coalescence de deux trous noirs et un à celle de deux étoiles à neutrons.

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Écrit par

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Système de Ptolémée

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Système de Copernic

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Le système de Tycho Brahe

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Autres références

  • GRAVITATION ET ASTROPHYSIQUE

    • Écrit par Brandon CARTER
    • 8 922 mots
    • 3 médias

    Si l'on excepte la théorie classique de l'électromagnétisme, introduite bien plus tard par James Clerk Maxwell (1865), aucune théorie physique d'expression aussi simple que la loi du carré inverse de la distance, de Newton (1687), n'a jamais été aussi féconde. Si on laisse de côté quelques...

  • INTERACTIONS (physique) - Interaction gravitationnelle

    • Écrit par Alain KARASIEWICZ, Marie-Antoinette TONNELAT
    • 1 968 mots
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    La gravitation est responsable de phénomènes aussi différents que la pesanteur ressentie par tout un chacun, le mouvement des planètes ou l'expansion de l'Univers. Cette force de gravitation est extrêmement faible entre particules élémentaires, mais ses effets deviennent importants si...

  • ACTION & RÉACTION, physique

    • Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
    • 1 498 mots
    ...s'agit ici d'un usage plus conforme au sens courant du terme, puisque la question est celle de la capacité des corps à agir l'un sur l'autre sans contact –  telle la force de gravitation du Soleil attirant la Terre à cent cinquante millions de kilomètres de distance. L'attraction universelle de Newton, sous...
  • ANTIMATIÈRE

    • Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
    • 6 931 mots
    • 4 médias
    Indirectement, cette mesure de masse inerte, test de la symétrie matière-antimatière CPT, est aussi sensible aux effets gravitationnels. En effet, selon les principes qui sont à la base de la relativité générale, le temps propre ou, si l'on veut, l'horloge interne du proton et de l'antiproton...
  • ASTÉROÏDES

    • Écrit par Christiane FROESCHLÉ, Claude FROESCHLÉ, Patrick MICHEL
    • 10 700 mots
    • 13 médias
    ...Au début des années 1980, une modélisation particulière du problème dynamique permit à Jack L. Wisdom de faire une avancée décisive en direction de l'hypothèse gravitationnelle. Il réussit à montrer que des astéroïdes fictifs placés dans la lacune 1/3 pouvaient être déstabilisés sur quelques centaines...
  • ASTRONOMIE

    • Écrit par James LEQUEUX
    • 11 339 mots
    • 20 médias
    ...à partir des lois de Kepler, Newton remonte à la cause première, la loi initiale qui provoque le mouvement des planètes et aboutit à la loi de la gravitation universelle : « Deux corps quelconques s'attirent en raison directe de leurs masses, et en raison inverse du carré de la distance de leur...
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