Sciences et Avenir: la face cachée de l'Univers

LIGO-VIRGO/F. ELASKY, A. GELLER, NORTHWESTERN
comme GW190521 : deux trous noirs géants,
85 et 66 fois la masse du Soleil, ont fusionné
pour former un trou noir de 142 fois la masse
solaire, soit un « trou noir intermédiaire » dont
très peu d’exemplaires ont été jusque-là découverts
et dont la formation est encore un cassetête.
GW0190521 apporte peut-être une explication
: ils pourraient être le fruit de la collision
de deux gros trous noirs stellaires.
Toutes les 15 minutes, la Terre est
secouée par une onde gravitationnelle
Ces événements extraordinaires offrent la possibilité
– inimaginable il y a à peine cinq ans –
d’avancer quelques statistiques : tout d’abord,
toutes les 15 minutes, la Terre se trouve secouée
par une onde gravitationnelle due à la collision
de deux trous noirs ! De plus, les équipes sont
déjà capables d’estimer qu’au sein d’un cube
de 3,26 milliards d’années-lumière de côté a
lieu, chaque année, une trentaine de collisions
entre deux trous noirs. En ce qui concerne les
couples mixtes « trou noir-étoile à neutrons »,
c’est trois fois plus, et presque trente fois plus
d’« étoile à neutrons-étoile à neutrons ». Une
grande partie de ces évènements ne seront pas
détectés : trop éloignés, trop légers, au-delà de
la sensibilité des détecteurs actuels…
Certains astres ne fusionneront que dans des
millions d’années, tant ils sont distants l’un
Masses solaires
de l’autre, alors même que leur danse gravitationnelle
a déjà commencé. Leur lent rapprochement
pourra être repéré depuis l’espace
par Lisa à partir de 2037. Ce projet phare de
l’Agence spatiale européenne (ESA) s’appuiera
sur trois satellites positionnés aux sommets
d’un triangle équilatéral de 2,5 millions de
kilomètres de côté, parcouru par des faisceaux
laser. Il sera capable de détecter des
ondes gravitationnelles très larges (300 millions
de kilomètres de longueur d’onde,
soit à la fréquence du mHz). « Ce sera par
exemple le signal émis par deux naines
blanches en rotation, dont la collision ne
surviendra que dans des millions d’années,
précise Astrid Lamberts. Rien que
dans notre galaxie, on estime qu’il existe
10 000 couples de ce type. » Autre phénomène
détectable par Lisa : la collision de
trous noirs surpermassifs…
Einstein et la troisième génération
de détecteurs terrestres
En attendant la prochaine décennie et
l’aventure spatiale, l’essentiel de l’astronomie
gravitationnelle aura lieu sur le
plancher des vaches. Pour commencer,
fin 2022, les deux observatoires existants,
à savoir les deux antennes de Ligo et Virgo,
vont voir leur sensibilité augmen-
Trous noirs sur catalogue
Le troisième catalogue d’ondes gravitationnelles répertorie 90 événements. Chaque disque coloré représente un
astre compact. De la fusion de deux trous noirs (en bleu) résulte un troisième de masse plus importante (en haut
de chaque fl èche). Quelques étoiles à neutrons (en orange) fusionnent elles aussi pour former un astre à l’identité
incertaine (bicolore). Le plus massif des trous noirs ainsi formés atteint 180 masses solaires, le plus léger, 6 à 7.
L’Univers
insolite
Le réseau
routier
interplanétaire
Un puissant réseau de
courants gravitationnels,
baptisé Interplanetary
Transport Network (ITN),
lie les points de Lagrange
formés entre le Soleil, les
planètes et leurs satellites.
Les points de Lagrange sont
des points d’équilibre où
les forces gravitationnelles
s’annihilent : lorsque
deux corps massifs sont
en rotation l’un autour de
l’autre, à l’instar de la Terre
et du Soleil, leurs champs
de gravité fournissent
cinq points d’équilibre à
un troisième petit corps,
comme une comète. Selon
les positions des planètes
et de leurs satellites, des
trajectoires optimales se
dessinent entre leurs points
de Lagrange, permettant à de
petits objets de se mouvoir
sans dépenser d’énergie. Un
objet qui en emprunterait
un pourrait parcourir plus de
150 millions de kilomètres par
an. Découverts en 1970, ces
courants de gravité ont été
assimilés à des autoroutes
interplanétaires. Une étude
publiée fin 2020 par une
équipe de l’Observatoire
astronomique de Belgrade
révèle qu’ils sont reliés en
une série d’arcs s’étendant
de la Ceinture principale
d’astéroïdes, entre Mars
et Jupiter, jusqu’au-delà
d’Uranus. Ces corridors
gravitationnels
permettent de
comprendre la
trajectoire parfois
erratique des
comètes et
astéroïdes.
F. F.
AVRIL/JUIN 2022 SCIENCES ET AVENIR NUMÉRO SPÉCIAL I 59