Onde gravitationnelle 5006 31465278 2008-07-10T12:40:33Z Ir4ubot 296177 transition du param 2 vers le param date du modèle:sources {{Confusion|Onde de gravité}} {{sources|date=date inconnue}} Dans le cadre de la [[relativité générale]] les '''ondes gravitationnelles''' sont définies comme les [[Théorie des perturbations|perturbations]] de la [[métrique]] qui du point de vue des [[équations d'Einstein]] sont découplées des perturbations du [[tenseur énergie-impulsion]]. == Caractéristiques == D'un point de vue de la [[symétrie de rotation]] en trois dimensions, les ondes gravitationnelles ont une [[mode tensoriel|symétrie tensorielle]] (mathématiquement on parle de [[spin]] 2), par opposition aux perturbations de la matière qui ont soit une [[mode scalaire|symétrie scalaire]] (spin 0), soit une [[mode vectoriel|symétrie vectorielle]] (spin 1). L'existence des ondes gravitationnelles est donc une prédiction de la théorie de la [[relativité générale]]. La courbure de l'[[espace-temps]] dépend de la répartition de la masse qui s'y trouve, le déplacement d'objets massifs modifie (localement) cette courbure. La propagation des déformations ([[oscillation]]s de l'espace-temps) se fait par l'intermédiaire des ondes gravitationnelles à la [[vitesse de la lumière]] (dans le vide). De façon imagée, on peut dire que l'intensité de la gravitation doit fluctuer lors du passage d'une onde gravitationnelle comme la surface de l'eau monte et descend lorsque passe une [[vague]]. L'analogie existant en relativité générale entre des charges électriques en mouvement et des masses en mouvement permet de mieux comprendre le phénomène : de la même manière que l'[[accélération]] de [[particule (physique)|particules]] [[charge électrique|chargées]] produit des [[onde électromagnétique|ondes électromagnétiques]], l'accélération de particules possédant une [[masse]] devrait produire des ondes gravitationnelles. Cette comparaison est toutefois limitée car dans le cas particulier d'un [[effondrement gravitationnel]] d'une masse parfaitement sphérique aucune onde gravitationnelle n'est émise malgré la forte accélération subie par la matière (c'est le [[théorème de Birkhoff]]). La plupart des théories de [[gravité quantique]] postulent l'existence d'un [[quantum]] correspondant appelé le [[graviton]] de façon analogue à l'[[électrodynamique quantique]] dans laquelle le vecteur de la [[force électromagnétique]] n'est autre que le [[photon]]. L'onde gravitationnelle est considérée comme l'onde associée au graviton, et ses caractéristiques donnent alors de précieuses informations sur la particule . == [[Degré de liberté|Degrés de libertés]] == Les ondes gravitationnelles ont deux [[polarisation]]s indépendantes ce qui est équivalent à dire qu'elles possèdent deux degrés de liberté. Pour trouver l'origine de ce nombre il faut considérer le [[tenseur métrique]] dans son ensemble qui est décrit par une [[matrice symétrique]] contenant 10 entrées indépendantes et soustraire tout d'abord les [[degré de liberté non-physique|degrés de liberté non-physiques]] associés à l'[[invariance]] de la théorie sous la [[symétrie de reparamétrisation]] de l'[[espace-temps]]. Ceux-ci sont au nombre de 4. Il faut également soustraire les degrés de liberté qui sont couplés aux perturbations du tenseur énergie-impulsion. Il y a un tel degré scalaire et trois degrés vectoriels. Au final il ne reste donc bien plus seulement que deux degrés de propagation physique<ref>À titre indicatif, la généralisation en dimension ''N&nbsp;'' de ce résultat aboutit à un nombre ''N''&nbsp;(''N&nbsp;''-3)/&nbsp;2 de degrés de liberté pour les ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles dans des espaces à dimensions supplémentaires sont utiles dans le cadre de la [[cosmologie branaire]].</ref>. == Détection des ondes gravitationnelles == [[Image:LISA.jpg|thumb|350px|Illustration du projet [[LISA]], vue d'artiste]] La détection des ondes gravitationnelles est un enjeu scientifique car des mesures sur les propriétes de ces ondes donneraient des informations sur la structure même de l'[[Univers]]. L'observation du [[pulsar]] binaire [[PSR B1913+16]], découvert en [[1974]] a permis aux physiciens [[Russell Alan Hulse|Russell Hulse]] et [[Joseph Hooton Taylor]] de mettre en évidence l'effet de ces ondes gravitationnelles. Ce pulsar est un système [[étoile binaire|binaire]] composé de deux [[étoile à neutrons|étoiles à neutrons]] en orbite autour de leur centre de [[gravité]] commun. Le comportement de ce système s'écarte notablement des prédictions de la mécanique newtonienne. Par contre, il a été observé que ce système perdait de l'énergie, conformément aux prédictions de la [[relativité générale]], qui prédit qu'un tel système diffuse de l'énergie sous la forme d'ondes gravitationnelles. L'observation des modifications de l'[[orbite]] du système [[PSR B1913+16]] a permis de mesurer avec précision l'[[énergie]] rayonnée et est compatible avec les prévisions faites par la [[relativité générale]]. [[Russell Alan Hulse|Russell Hulse]] et [[Joseph Hooton Taylor|Joseph Taylor]] ont été récompensés par le [[prix Nobel de physique]] en [[1993]] pour cette découverte. Toutefois, on n'a jamais pu observer directement de rayonnements gravitationnels. C'est-à-dire que personne n'a encore été témoin d'un objet physique se déformant réellement pendant le passage d'une onde gravitationnelle, bien qu'il y ait eu un certain nombre de rapports non confirmés. L'observation confirmée d'ondes gravitationnelles serait une autre évidence importante de la validité de la [[relativité générale]]. Une des raisons pour laquelle on n'a pas encore pu détecter directement ces ondes est leur très faible intensité, de sorte que les signaux, s'ils existent, sont noyés sous le bruit produit par d'autres sources. Les sources terrestres ordinaires seraient de toute façon indétectables, en dépit de leur proximité. Seuls des événements produits par des objets extrêmement [[masse|massifs]] comme la collision entre deux [[trou noir|trous noirs]] seraient susceptibles d'être détectés. ==Techniques de détection== Elles consistent à détecter un minime déplacement relatif de deux ou plusieurs objets au passage d'une onde gravitationnelle. Ce déplacement est mis en évidence par la mesure précise des distances mutuelles des objets par [[Interférométrie|interféromètres]] à laser. L'opération demande une précision diabolique puisque la quantité relative à [[Observatoire d'ondes gravitationnelles|mesurer]] est de l'ordre de 10{{exp|-14}}, ce qui revient à vouloir détecter une variation de la distance Terre-[[Lune]] de l'ordre de l'épaisseur d'un cheveu. Un certain nombre d'équipes travaillent à rendre les détecteurs de gravité plus sensibles et plus sélectifs aux ondes et s'emploient à analyser leurs résultats. Une technique courante pour réduire les effets du bruit utilise la détection de coïncidences pour pouvoir éliminer les événements qui ne s'enregistreraient pas sur les deux détecteurs. Il existe deux types de détecteurs terrestres : * les [[Interférométrie|interféromètres]] à laser où la distance parcourue par la lumière du laser est très longue, tels que [[Interféromètre virgo|VIRGO]] (3 km, à [[Pise]], [[France]]/[[Italie]]), [[Interféromètre GEO|GEO]] (600 m, à [[Hanovre]], [[Allemagne]]/[[Grande-Bretagne]]), [[LIGO]] (4 km, [[Hanford]] et [[Livingston (Louisiane)|Livingston]], [[États-Unis|États-Unis d'Amérique]]), [[Interféromètre TAMA|TAMA]] (300 m, [[Japon]]), et [[ACIGA]] ([[Australie]]). La précision atteinte est de l'ordre de la taille d'un atome. * les détecteurs à résonance qui utilisent des barres de forte masse à très basse température, comme EXPLORER et NAUTILUS. Un moyen de s'affranchir du bruit de fond terrestre est de réaliser l'expérience de détection dans l'espace. C'est le projet de l'interféromètre [[LISA]], constitué de trois satellites devant orbiter à près de 5 millions de kilomètres les uns des autres. Le lancement est prévu entre 2009 et 2015. En novembre [[2002]], une équipe de chercheurs italiens de l'''Istituto Nazionale di Fisica Nucleare'' et de l'[[Université de Rome « La Sapienza »|université de Rome]] ont produit une analyse de leurs résultats expérimentaux qui semble donner une autre preuve de l'existence des ondes gravitationnelles. Leur article, intitulé « Étude des coïncidences entre les détecteurs d'ondes gravitationnelles EXPLORER et NAUTILUS en 2001 », est basé sur une analyse statistique des résultats de leurs détecteurs qui prouve que le nombre de détections coïncidantes est le plus grand quand les deux détecteurs se dirigent dans le centre de la [[Voie lactée]]. La recherche d'ondes gravitationnelles demande une somme de calculs faramineuse. C'est la raison d'être du projet [[Einstein@Home]], fondé sur le principe de [[calcul réparti]] : des particuliers peuvent mettre à disposition les moments d'inactivité du processeur de leur ordinateur afin de seconder les scientifiques dans leur recherche. ==Références== ''Relativité et gravitation'' par Philippe Tourrenc, Ed: Armand Colin == Notes == <references/> {{Portail|Astronomie|Cosmologie}} [[Catégorie:Astrophysique]] [[Catégorie:Gravitation]] [[Catégorie:Mécanique ondulatoire]] [[Catégorie:Gravité quantique]] [[Catégorie:Relativité générale]] [[ar:أمواج ثقالية]] [[bg:Гравитационна вълна]] [[ca:Ona gravitatòria]] [[cs:Gravitační vlna]] [[de:Gravitationswelle]] [[en:Gravitational wave]] [[es:Onda gravitacional]] [[fi:Gravitaatiosäteily]] [[gl:Onda gravitacional]] [[he:כבידה#גלי כבידה]] [[hu:Gravitációs hullám]] [[it:Onda gravitazionale]] [[ja:重力波 (相対論)]] [[lt:Gravitacinės bangos]] [[lv:Gravitācijas vilnis]] [[no:Gravitasjonsbølge]] [[pl:Fale grawitacyjne]] [[pt:Radiação gravitacional]] [[ro:Undă gravitaţională]] [[ru:Гравитационная волна]] [[sv:Gravitationsvågor]] [[zh:重力波 (相對論)]]