Le trésor des ondes gravitationnelles

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Jusqu'au XIXe siècle, nous n'avions, pour observer l'Univers, qu'une seule source d'informations : la lumière visible émise par les objets du cosmos. À cela se sont ajoutées, au XXe siècle, la détection d'autres rayonnements électromagnétiques – notamment radio, rayons X ou infrarouge –, puis celle des neutrinos ainsi que de particules à haute énergie, que l'on appelle " rayons cosmiques ".Le 17 août 2017 a eu lieu un événement d'une importance considérable pour l'astronomie et la physique. Pour la première fois, on a détecté conjointement, en provenance d'une même source, un rayonnement électromagnétique et une onde gravitationnelle. Contrairement aux autres ondes connues, une onde gravitationnelle ne se propage pas à l'intérieur de l'espace-temps, elle est une fluctuation de la trame de l'espace-temps lui-même, engendrée par des masses accélérées. À son passage, l'espace s'étire ou se contracte, le temps " accélère " ou " ralentit ".Phénomène physique extraordinaire prédit par la relativité générale, dont la détection est le fruit de véritables prouesses sur le plan aussi bien théorique que pratique, les ondes gravitationnelles, en ouvrant une nouvelle fenêtre d'observation de l'Univers, ont également vocation à révolutionner nos connaissances.Un ouvrage simple et lumineux revenant sur la genèse du concept, l'histoire de cette détection hors du commun, et les riches promesses qu'elle porte.

Table des matières

Table des matières
Le trésor des ondes gravitationnelles 1
Avertissement 9
Avant-propos. Disons-le avec des fleurs 11
Que s'est-il passé le 17 août 2017 ? 13
Qu'est-ce que l'astronomie multi-messagers ? 13
La détection de l'onde gravitationnelle du 17 août 2017 15
L'échelle de Kip Thorne 21
La forme de l'onde correspond à deux étoiles à neutrons 22
L'estimation des masses des deux étoiles à neutrons 23
L'estimation de la distance de la source de l'onde gravitationnelle 24
Le " glitch " du détecteur de Livingstone 25
Virgo, l'aveugle quasi muet qui nous a montré le chemin 27
La détection du sursaut gamma 30
L'observation dans les autres longueurs d'onde électromagnétiques 31
La kilonova 33
Le " SHAZAM " des vibrations de l'espace-temps 34
Un raisonnement probabiliste 36
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ? 39
Temps et espace : la relativité restreinte 39
Pourquoi avoir laissé la lumière dans l'ombre ? 45
Une longue et difficile quête théorique 46
Les propriétés de la lumière 48
Les sources d'ondes électromagnétiques 50
Le spectre des ondes électromagnétiques 51
La révolution galiléenne du 7 janvier 1610 52
Une brève histoire des découvertes astronomiques à partir des ondes électromagnétiques 53
Idées fausses 54
Qu'est-ce qu'une onde gravitationnelle ? 57
Temps, espace et gravitation : la relativité générale 57
La fausse analogie de la toile en caoutchouc 62
La chute de mon stylo 66
L'effet Einstein 67
L'onde gravitationnelle en bref 68
Comparaison des propriétés des ondes gravitationnelles avec celles des ondes électromagnétiques 69
Une longue et difficile quête théorique 71
Les ondes gravitationnelles existent-elles vraiment ? 72
Les ondes gravitationnelles transportent-elles de l'énergie ? 75
Les sources d'ondes gravitationnelles 76
Le prix Nobel de physique 1993 attribué à Hulse et Taylor 77
Comment prédire la forme de l'onde émise par une binaire spiralante ? 79
Les effets physiques d'une onde gravitationnelle 84
Le choix de la jauge 87
La jauge transverse sans trace 88
La jauge de Lorentz locale 90
L'interprétation physique de l'onde gravitationnelle 93
Les premiers détecteurs de Weber 94
" Pas prometteur " 95
10-21 sinon rien ! 95
Les trous noirs, sources d'illumination 96
L'événement extraordinaire du 14 septembre 2015 99
Le prix Nobel de physique 2017 à Weiss, Barish et Thorne 100
Une brève histoire des découvertes astronomiques à partir des ondes gravitationnelles 104
Le spectre des ondes gravitationnelles 106
Idées fausses 107
Des détecteurs extraordinaires 109
Le retour de l'interféromètre de Michelson 109
Les quatre fantastiques 115
Un vide sidérant 118
Des tubes rectilignes 119
Une victoire homérique sur le bruit 120
Les zones aveugles 122
Les corbeaux assoiffés et le problème des artefacts 125
Qu'avons-nous appris de GW170817 ? 129
Astrophysique, physique fondamentale et cosmologie 129
Une observation conjointe sans précédent 130
Une confirmation forte de la réalité des détections de Ligo et Virgo 130
La vitesse de propagation des ondes gravitationnelles 133
La polarisation des ondes gravitationnelles 135
L'effet Shapiro pour les ondes gravitationnelles 137
Les modèles " émulateurs " de matière noire 138
L'origine des sursauts gamma courts 138
L'estimation du taux d'expansion de l'Univers 139
La formation des atomes tels que l'or ou le platine 141
La structure des étoiles à neutrons 143
Des questions à creuser 144
Réflexions sur la méthodologie scientifique 146
Des perspectives enthousiasmantes 151
Les promesses de l'astronomie multi-messagers 151
La relativité générale dans l'âge de la maturité 152
Les attentes avec Ligo et Virgo 154
Les attentes avec deux détecteurs supplémentaires 156
Le retour en force de Lisa 158
La chronométrie d'un réseau de pulsars millisecondes 162
Les attentes avec les projets futurs 163
Des horloges ultra-précises dans l'espace 165
Le projet Sage 166
Les promesses de l'astronomie gravitationnelle multi-bande 170
Les binaires spiralantes à rapport de masses extrême 171
Des surprises ? 171
Quel est le retour sur investissement ? 173
Pourquoi peut-on parler de révolution ? 173
Une opportunité en or pour la diffusion de la science 175
Épilogue. Le discours vibrant de Kip Thorne 177
Foire aux questions 179
Glossaire 197
Références 205
Remerciements 209
Table des matières 211

Compléments