Les astronomes pensent avoir entendu pour la première fois le « bruit de fond

Si les ondes gravitationnelles détectées jusqu’à présent s’apparentaient à des tsunamis dans la mer de l’espace-temps, des ondulations plus douces devraient également parcourir l’Univers. Après 13 années de recherche, des scientifiques pensent avoir découvert les premiers indices de ce « bruit » de fond.

« Nous cherchons des ondes qui sont de l’ordre d’années ou de décennies »

Les ondes gravitationnelles sont des distorsions dans le tissu même de l’espace et du temps, généralement créées lors de collisions entre des trous noirs et/ou des étoiles à neutrons. Prédites pour la première fois il y a un siècle par la théorie de la relativité générale d’Einstein, celles-ci n’ont été directement détectées qu’en 2015, et des dizaines d’autres ont été captées depuis lors. Bien qu’elles proviennent de certains des événements les plus énergiques de l’Univers, ces ondes ne font en fait que déformer la réalité sur des échelles incroyablement petites (environ un millième de la largeur d’un proton) lorsqu’elles atteignent notre planète. Et cela ne concerne que les plus importantes.

Jusqu’à présent, l’ensemble des ondes gravitationnelles détectées étaient des signaux nets et soudains, provenant de cataclysmes cosmiques, mais on estime qu’un bruit de fond constant constitué d’ondes de plus basse fréquence devrait également exister. Problème de taille : celles-ci sont beaucoup plus difficiles à détecter en raison de leur plus grande longueur d’onde, signifiant qu’il faut beaucoup plus de temps à une seule d’entre elles pour atteindre la Terre.

Pour y parvenir, les chercheurs comptent actuellement sur l’Observatoire NANOGrav qui, à la différence d’instruments extrêmement sensibles comme LIGO et Virgo (émettant des faisceaux lasers dans des tunnels de 4 kilomètres et surveillant les minuscules distorsions de la lumière), intervient à l’échelle galactique. « D’autres observatoires recherchent des ondes gravitationnelles de l’ordre de la seconde. Nous cherchons des ondes qui sont de l’ordre d’années ou de décennies », explique Joseph Simon, auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans l’Astrophysical Journal Letters.

Un étrange signal

Les pulsars sont des étoiles qui tournent rapidement et émettent des faisceaux de rayonnement au-dessus de la Terre par impulsions prévisibles, avec des cycles restant stables pendant des éons. Par conséquent, les ondes gravitationnelles devraient s’étirer et se comprimer à leur passage, ce qui pourrait permettre aux astronomes de détecter un fond d’ondes gravitationnelles à basse fréquence.

Depuis une grosse dizaine d’années, l’équipe du NANOGrav observe 45 pulsars situés de l’autre côté de la Voie lactée, et les données collectées semblent indiquer un processus commun affectant nombre d’entre eux.

« Bien que nous ne puissions pas affirmer à ce stade qu’il s’agit d’un fond d’ondes gravitationnelles, nous avons identifié un signal fort dans notre ensemble de données après avoir passé au crible celles de chacun des pulsars », note Simon.

Des collisions de trous noirs supermassifs comme origine probable

Selon l’équipe, des recherches supplémentaires seront nécessaires afin de pouvoir confirmer la nature du signal. Idéalement, d’autres pulsars seront ajoutés à la liste de surveillance, et l’ensemble devra être observé pendant de plus longues périodes de temps. Une fois la détection confirmée, la recherche de l’origine de ce type d’ondes pourrait constituer la prochaine étape.

Actuellement, on pense que ce « bruit de fond » pourrait provenir de collisions entre des trous noirs supermassifs, se cachant au cœur des galaxies.

« Ces premiers indices séduisants d’un fond d’ondes gravitationnelles suggèrent que les trous noirs supermassifs fusionnent probablement et que nous nous trouvons dans une mer d’ondes gravitationnelles provenant de ces évènements cataclysmiques », conclut Julie Comerford, membre de l’équipe du NANOGrav.

Par Yann Contegat, le 21 janvier 2021