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Question des jeunes — Qu’est-ce qui se passe avec ces ondes?

La détection historique d’ondes gravitationnelles par le LIGO a entraîné un flot de questions posées par de jeunes curieux. Heureusement, l’équipe de Dans le périmètre s’y intéresse.

Les vagues de l’océan sont des ondes présentes dans l’eau, et les ondes sonores sont des ondes présentes dans l’air. Dans quoi les ondes gravitationnelles sont-elles présentes?

Dans l’espace-temps! Le tissu de l’univers. La grande idée d’Einstein, c’est que l’espace et le temps sont des parties d’une même chose, appelée espace-temps, et que l’espace-temps peut se courber, s’étirer et se contracter.

On peut se représenter l’espace-temps par un trampoline. Si vous vous mettez debout sur un trampoline, sa toile s’étire et s’affaisse sous votre poids. Si vous mettez des billes sur la toile, elles roulent toutes vers vous. De la même manière, quelque chose de lourd — par exemple la Terre — fait un gros creux dans le tissu de l’espace-temps, et de petits objets glissent sur les côtés de ce creux de l’espace-temps et aboutissent sur la surface de la Terre. La relativité générale nous enseigne ce qu’est la gravitation : une sorte de creux dans le tissu extensible de l’espace-temps.

Imaginez maintenant qu’au lieu d’avoir quelque chose de lourd posé sur un trampoline, vous avez quelque chose de lourd qui bouge sur le trampoline. Par exemple, mettez une boule de jeu de quilles au milieu du trampoline, puis faites-la rebondir de haut en bas. Des perturbations en forme d’oscillations se propagent dans la toile du trampoline. Des billes posées sur les bords du trampoline se mettront à bouger un peu de haut en bas au passage de ces oscillations. Ces oscillations sont comme les ondes gravitationnelles.

Puis-je produire des ondes gravitationnelles?
Bien sûr! Toute masse en mouvement produit des ondes gravitationnelles, mais elles sont si minuscules que, même avec la science moderne, nous n’avons aucune chance de pouvoir les mesurer.

Pourquoi ne sentons-nous pas les ondes gravitationnelles?
Nous ne pouvons pas sentir les ondes gravitationnelles parce que leurs effets sont trop petits. Comme l’univers est un tantinet plus gros qu’un trampoline moyen, il faut un rebond d’une puissance énorme pour produire des oscillations qui seront à peine détectables avec les meilleurs instruments.

Le LIGO a détecté la collision de 2 trous noirs, qui ont fait « rebondir » l’espace-temps avec 50 fois la puissance combinée de toutes les étoiles de l’univers. Et même avec un tel rebond, l’effet d’oscillation sur la Terre a été minuscule — un cent-mille-milliardième de l’épaisseur d’une feuille de papier.

Le trampoline de l’univers est très grand, et par rapport à lui nous sommes minuscules, mais nous rebondissons quand même.

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