Après 10 ans d’astronomie des ondes gravitationnelles, quel sera le prochain nouvel œil sur le cosmos ?

Au cours de la dernière décennie, l'astronomie des ondes gravitationnelles nous a ouvert les yeux sur des phénomènes cosmiques étonnants comme les collisions de trous noirs et d'étoiles à neutrons grâce à LIGO, l'observatoire d'ondes gravitationnelles par interféromètre laser, qui, malgré sa contribution massive à l'astronomie, est actuellement menacé.

LIGO est le dernier d'une longue lignée d'instruments révolutionnaires qui ont changé notre vision du cosmos depuis que Galilée a pointé son télescope artisanal vers le ciel en 1609.

L'instrument de l'astronome italien a contribué à transformer notre compréhension des objets célestes, des dieux aux lunes, aux planètes et aux étoiles.

Depuis lors, les télescopes ont atteint des tailles gigantesques et, dans certains cas, ont été lancés dans l’espace pour obtenir la vue la plus claire possible.

L'aube de l'astronomie au-delà de la lumière visible

En 1932, une découverte fortuite de Karl Jansky ouvrit un nouveau regard sur l'univers. Ce jeune ingénieur des Laboratoires Bell, aux États-Unis, cherchait la source des interférences statiques dans les communications vocales transatlantiques à ondes courtes. Pendant plusieurs mois, il suivit ces interférences tandis qu'elles se déplaçaient lentement dans le ciel.

Il a conclu que la source de ce bruit statique provenait du centre de notre galaxie, la Voie Lactée, à l'extérieur de notre système solaire — et c'est ainsi qu'est née la radioastronomie.

L'univers est devenu beaucoup plus actif depuis que nous l'avons observé avec des yeux radio. Les ondes radio sont invisibles à l'œil humain, mais elles sont émises par certains des événements les plus énergétiques de l'univers, comme les explosions de supernova, les étoiles à neutrons en rotation rapide et les collisions de galaxies.

D'autres instruments voient à travers le spectre électromagnétique, à travers les rayons X, la lumière ultraviolette et des instruments comme le télescope spatial James Webb qui utilisent le rayonnement infrarouge pour voir jusqu'aux confins de l'univers et jusqu'au début des temps.

Chaque fois que de nouveaux instruments sont développés, de nouveaux aspects de l’univers sont révélés.

Au-delà du spectre électromagnétique

À Sudbury, en Ontario, l'Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO) a découvert que des neutrinos invisibles émis par le Soleil traversent la Terre comme la lumière à travers une fenêtre. Ce phénomène a valu au physicien canadien Art McDonald le prix Nobel de physique en 2015.

Plus récemment, l’observatoire de neutrinos de Sudbury a bénéficié d’une mise à niveau, lui permettant de détecter et d’étudier des neutrinos plus exotiques.

Quand Einstein a prédit que l'espace lui-même pouvait être déformé par l'attraction gravitationnelle d'objets massifs, comme des ondulations à la surface d'un étang lorsqu'un rocher y est jeté, il ne croyait pas que les ondes gravitationnelles pouvaient être détectées car elles seraient incroyablement petites.

Il est déjà assez difficile d'imaginer la taille d'un atome, son minuscule noyau et ses protons encore plus petits. Imaginez maintenant une distorsion de l'espace-temps 10 000 fois plus petite que la largeur d'un proton ! Pas étonnant qu'Einstein ait pensé que nous ne les verrions jamais.

Grâce à des années de recherche et à une ingénierie remarquable, LIGO a réalisé cette détection en 2015 grâce à deux installations équipées de faisceaux laser qui se divisent et se réfléchissent sur des miroirs dans des tunnels de quatre kilomètres de long, placés à 90 degrés l'un de l'autre. En traversant la Terre, les ondes gravitationnelles provoquent un allongement de l'espace-temps dans un sens et un raccourcissement dans l'autre, d'une amplitude incroyablement faible, mais mesurable.

Ce qui est encore plus remarquable, c’est que ces ondes proviennent de la collision de deux trous noirs au centre d’une galaxie située à 1,3 milliard d’années-lumière.

Les coupes budgétaires de Trump menacent l'avenir du travail

La beauté des ondes gravitationnelles réside dans le fait qu'elles se propagent à travers l'univers entier, sans être interrompues par des nuages ​​de gaz et de poussière, comme la lumière. Cette nouvelle fenêtre gravitationnelle a révélé des centaines d'autres événements grâce à une initiative internationale de LIGO et d'autres détecteurs du monde entier, comme Virgo en Italie et le détecteur d'ondes gravitationnelles de Kamioka (KAGRA) au Japon.

Le 10e anniversaire de LIGO survient à un moment doux-amer, car le budget 2026 de la National Science Foundation (NSF) réduit de plus de moitié par le président américain Donald Trump pourrait les forcer à fermer l'un de leurs deux détecteurs LIGO - une décision qui pourrait limiter considérablement leur portée et leurs capacités globales.

Des équipes américaines et européennes travaillent déjà au développement d'une nouvelle génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles, au sol comme dans l'espace. S'ils aboutissent, ils seront bien plus sensibles que les détecteurs actuels, permettant aux scientifiques d'écouter des événements astronomiques encore plus discrets.

Les mystères non résolus de l'univers demeurent

Alors, quel est le prochain œil sur le ciel qui attend d’être ouvert ?

Il existe quelque chose d'invisible, entourant des galaxies entières. Nous savons qu'il existe car il exerce une attraction gravitationnelle sur ces galaxies, mais il n'apparaît pas dans les télescopes. Pour l'instant, les scientifiques l'appellent matière noire. Personne ne sait ce que c'est, et pourtant, elle représente environ 25 % de toute la matière de l'univers.

Il y a ensuite l'énergie noire, une force mystérieuse qui semble accélérer l'expansion de l'univers. Elle représente environ 70 % de toute l'énergie et de la matière de l'univers – et, encore une fois, nous ignorons de quoi il s'agit.

En d’autres termes, l’univers que nous voyons ne représente qu’environ cinq pour cent de ce qui existe réellement.

Le Canada est à l'avant-garde de la résolution du problème de la matière noire, avec plus d'une douzaine de nouveaux détecteurs dans les installations agrandies du SNOLAB, profondément sous terre à Sudbury. Qui sait ? Peut-être serons-nous les premiers à résoudre le mystère de la matière noire.

Comme vous l’entendrez sur Quirks & Quarks cette semaine, il y a encore tant à découvrir.