Et de quatre. La litanie du passage d’ondes gravitationnelles sur Terre se poursuit. Elles font vibrer l’espace-temps qui nous entoure à la manière d’un veau en gelée secoué par un cuisinier. Par trois fois déjà, des détecteurs ont observé à leur passage les minuscules dilatations et contractions des distances sur moins du millième du diamètre d’un électron.

Cette fois la nouveauté, annoncée mercredi 27 septembre, est triple. C’est la première fois que les scientifiques européens observent ces infimes oscillations dans leur détecteur, Virgo, installé près de Pise en Italie. Le 14 août, les deux longs bras lumineux de trois kilomètres de l’instrument ont senti le passage d’une telle onde, 14 millisecondes après sa traversée d’un des deux détecteurs de leurs homologues américains, LIGO, à Livingston (Louisiane). Et 6 millisecondes après la même secousse enregistrée sur le second détecteur LIGO à Hanford (Etat de Washington).

L’origine de ces secousses sans gravité est, comme les trois fois précédentes, la fusion de deux trous noirs massifs (respectivement 30 fois et 25 fois plus lourds que le Soleil) qui spiralent l’un autour de l’autre avant de ne faire plus qu’un. Dans le mariage, une énergie correspondant à la disparition de la masse de presque trois soleils s’est dissipée, agitant l’espace-temps comme un galet faisant onduler la surface d’un lac. Tout ceci à environ 1,8 milliard d’années-lumière de la Terre.

Lire aussi Les ondes gravitationnelles détectées un siècle après avoir été prédites

« Cela faisait vingt-cinq ans que j’attendais un tel événement », savoure Matteo Barsuglia, directeur de recherche au CNRS et responsable de l’équipe Virgo au laboratoire AstroParticules et Cosmologie à Paris.

« J’étais déjà content pour la première annonce en février 2016, car la collaboration avec LIGO est étroite et forte depuis longtemps et nous leur avons donné des idées, fourni les miroirs, échangé des post-docs. Et LIGO nous a aidés à fonctionner au début », explique Alain Brillet, directeur de recherche du CNRS, qui, mercredi, a aussi appris qu’il recevrait la médaille d’or 2017 du CNRS. « Certes, nous avions cosigné les découvertes précédentes avec LIGO, mais c’était énervant de pas avoir de signal dans notre propre instrument », indique Jean-Yves Vinet, directeur de recherche au CNRS à l’Observatoire de la Côte d’Azur.

Un événement cosmique cataclysmique

C’est désormais chose faite, mais de justesse car les trois détecteurs n’ont fontionné qu’un mois ensemble, en août, avant d’être arrêtés pour un an environ afin que des travaux soient effectués pour augmenter leur précision.

« C’est merveilleux de voir un premier signal d’ondes gravitationnelles dans notre tout nouveau détecteur seulement deux semaines après qu’il a officiellement commencé à prendre des données », a déclaré Jo van den Brand, de l’université libre d’Amsterdam et porte-parole de la collaboration Virgo, lors de la conférence de presse qui s’est tenue à Turin en marge du sommet G7 des ministres de la recherche. Virgo est en effet un instrument principalement franco-italien lancé en 1993 par le CNRS et son homologue transalpin, l’INFN.

Principe de détection des ondes gravitationnelles.

Outre la célébration de cette première, cette mesure de Virgo apporte une nouvelle précision. La détection simultanée par trois « antennes » permet de mieux localiser dans le ciel l’origine de cet événement cosmique cataclysmique.

D’une énorme région en forme de banane, la zone s’est transformée, grâce à l’apport de Virgo, en une cacahuète dix fois plus petite, et grande environ comme 300 pleines lunes. Elle est située dans l’hémisphère Sud vers la constellation de l’Eridan. « On commence à pouvoir pointer vers le ciel », résume Matteo Barsuglia.

C’est d’ailleurs le but de ces détecteurs de se transformer en véritable observatoire du ciel complémentaire de tous les autres, qui sont automatiquement alertés en cas de détection simultanée dans Virgo et LIGO.

Théorie d’Einstein confirmée

Mais, cette fois, comme pour les trois détections précédentes, aucun des vingt-cinq télescopes terrestres ou spatiaux observant le ciel dans le visible, les rayons X, les infrarouges ou les rayons gamma… n’a trouvé d’objet qui pourrait coïncider avec cette source. « Comme Galilée regardant dans sa lunette, c’est une nouvelle percée en astronomie. Une nouvelle façon de voir l’univers. La suite promet d’être excitante », prévoit Barry Barish, qui a dirigé l’expérience LIGO entre 1994 et 2005.

Les ondes gravitationnelles, une déformation de l’espace-temps.

Enfin, cette dernière détection simultanée a permis de confirmer une autre prédiction de la théorie de la relativité d’Einstein sur la nature de ces ondes. Les équations d’Einstein prédisent l’existence de ces ondes mais précisent aussi qu’elles sont de nature différente des ondes électromagnétiques. Elles ont, comme elles, une polarisation, c’est-à-dire des orientations privilégiées, mais un peu plus étrange.

Lorsqu’elles se propagent, elles étirent et contractent les distances dans deux directions du plan perpendiculaire à leur avancée, au lieu d’une. Un collier de perles circulaire se transforme ainsi en ellipse.

Et c’est exactement ce qu’ont pu voir LIGO et Virgo, mais qui avait échappé à LIGO seul car ses deux détecteurs étaient « alignés » de la même façon, empêchant de mesurer complètement la polarisation.

« Tous ces résultats sont un magnifique succès expérimental. Ils confirment une nouvelle fois la théorie d’Einstein », souligne Thibault Damour, professeur à l’Institut des hautes études scientifiques et colauréat, avec Alain Brillet, de la médaille d’or du CNRS.

Ondes gravitationnelles: un siècle de traque 1915: Albert Einstein publie les éléments de sa théorie de la relativité générale, qui prédit des effets absents de la théorie newtonienne de la gravitation, concernant notamment des déformations de l’espace-temps induite par la masse des objets. 1916: Einstein prédit l’existence d’ondes gravitationnelles. 20 mai 1919: Lors d’une éclipse de Soleil, l’astronome Arthur Eddington observe que les rayons lumineux provenant d’un amas stellaire sont bien déviés par la masse du Soleil - confirmant les travaux d’Einstein. 1969: Joseph Weber (Université du Maryland) annonce avoir détecté des ondes gravitationnelles, mais la découverte ne sera jamais confirmée. 1974: découverte d’un couple d’étoile à neutrons par Russel Hulse et Joseph Taylor, dont ils attribuent le ralentissement de la rotation à une perte d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. Cette preuve indirecte de leur existence leur vaudra le prix Nobel en 1993. 1990: les Etats-Unis approuvent la construction d’un détecteur, LIGO, inauguré en 1999. Une version rénovée a été remise en service en septembre 2015. 1993: la France et l’Italie décident la construction près de Pise d’un détecteur baptisé Virgo. En service entre 2007 et 2011, il a redémarré sous une forme améliorée en 2016. 2014: le télescope BICEP2 pense avoir détecté des ondes gravitationnelles en observant la polarisation du fond diffus cosmologique. Une nouvelle analyse suggère qu’il s’agit d’un artefact dû à des poussière galactiques. 14 septembre 2015: observation par LIGO de la fusion de deux trous noirs situés à un milliard d’années-lumière. 11 février 2016: annonce de la découverte par la collaboration Virgo-LIGO dans Physical Review Letters. 26 décembre 2015: Un nouveau signal est détecté par Ligo. Il sera annoncé le 15 juin 2016 et a été engendré par la fusion de deux trous noirs. 4 janvier 2017: Ligo capte à nouveau le passage d’ondes liées à une fusion de trous noirs, qui sera décrit le 1er juin dans Physical Review Letters. 14 août: Nouvelle fusion de trous noirs, cette fois captée par le couple de détecteurs américains Ligo et l’instrument européen Virgo. Cette détection est annoncée le 27 septembre. 3 octobre: le Nobel de physique 2017 est attribué aux instigateurs du détecteur LIGO, pour moitié à l’Américain Rainer Weiss et à ses compatriotes Kip Thorne et Barry Barish, qui se partagent l’autre moitié des 950 000 euros du prix.