Matteo Barsuglia, chercheur à APC, travaille sur l’observatoire franco-italien Virgo, près de Pise. Il fait partie de ces astrophysiciens qui tentent d’observer les ondes gravitationnelles, l’un des Graal de la physique actuelle. Alors c’est quoi ces ondes gravitationnelles ?

Pour comprendre, nous dit Matteo, il faut remonter un peu en arrière : depuis la découverte des lunes de Jupiter avec la lunette de Galilée, l'astronomie a surtout utilisé la lumière: la lumière visible d'abord, puis la lumière infrarouge, les UV, les rayons X, les ondes radio et les rayons gamma. Grâce à cette astronomie électromagnétique, de plus en plus perfectionnée et couvrant toutes les fréquences accessibles, l'Univers s'est peuplé, s'est élargi et a été mieux compris : planètes, étoiles, galaxies, quasars, supernovae, planètes extrasolaires, mais aussi le fond cosmologique primordial, souvenir du big-bang.

Malgré ces cinq siècles de découvertes, cette astronomie a d’abord ouvert des questions fondamentales : on sait aujourd’hui que 5% seulement du contenu de l'Univers est fait de la même matière que celle qui constitue les êtres humains et les étoiles, les 95% restant étant associés aux mystérieuses matière noire et énergie sombre. Par ailleurs, plusieurs phénomènes astrophysiques ne sont pas encore bien compris, comme la source des sursauts gamma et d'autres objets n’ont été observés que de façon indirecte, à l’instar des trous noirs par exemple.

Il semble pourtant qu’il puisse y avoir des possibilités d’observer l’Univers par d’autres moyens que le spectre électromagnétique : rayonnement cosmiques, neutrinos ou ondes gravitationnelles. Ces dernières, en particulier, sont susceptibles de contribuer à la solution de certaines énigmes de l’astrophysique et de la cosmologie. Dans quelques années, on peut espérer que les détecteurs d'ondes gravitationnelles Virgo et LIGO puissent devenir de nouveaux yeux pour regarder l'Univers, sans parler des projets de détection des ondes gravitationnelles dans l'espace, grâce au futur satellite LISA, un projet pour 2030, il est vrai…

Mais que sont au juste ces ondes gravitationnelles ? Prédites par Einstein en 1916 dans le cadre de sa théorie de la Relativité Générale, ce sont des vibrations de l'espace-temps.  En présence d'un phénomène cosmique violent, comme la fusion de deux étoiles, la gravité change soudainement et une impulsion d'ondes est émise. L'espace-temps, cet objet déformable qui est au cœur de la relativité d’ Einstein, se met à vibrer comme l'eau à la surface d'un étang et la vibration se propage dans l'espace. Au cours de leur voyage de plusieurs milliers d'années lumière, l'amplitude des ondes gravitationnelles diminue. Une fois arrivée sur terre, elles déforment les distances seulement d'un millième de milliardième de milliardième de mètre. Quantité infime, certes,  mais néanmoins mesurable grâce à l’interférométrie.

Alors que la lumière transporte la force électromagnétique, les ondes gravitationnelles transportent la force de gravité. Regarder l'Univers « à travers » les ondes gravitationnelles donnerait accès à des informations très différentes et complémentaires. Ce serait comme regarder un film en noir et blanc et soudainement voir apparaitre les couleurs ou comme regarder un film muet et tout à coup entendre un dialogue entre deux personnages…

Tout ça nécessite des interféromètres dont les bras se mesurent en km pour les détecteurs au sol comme Virgo ou en million de km pour les détecteurs spatiaux comme LISA. Alors, amateurs d’ondes gravitationnelles, à vos interféromètres…

En savoir plus ur Virgo :
http://www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS/experiences/virgo
https://wwwcascina.virgo.infn.it/