excentricité des ondes gravitationnelles

Un récepteur radio accordé sur une station se met soudain à capter une autre, parce qu'une main invisible tourne le bouton de réglage.

Un interprète simultané dans une salle où deux personnes parlent : il doit suivre à la fois le sens et l'intonation, mais si le débit est trop rapide, il ne reste que le résumé.

Une étoile à neutrons est le vestige d'une étoile explosée, comprimé au point qu'une cuillère à café de sa matière pèserait aussi lourd qu'une montagne. À l'intérieur d'un tel objet, les protons et les neutrons sont tassés au plus près, et sous une pression énorme, des hyperons peuvent y apparaître — des particules contenant un quark étrange.

Quelque part au fin fond du cosmos, deux trous noirs supermassifs tournent l'un autour de l'autre. Leur danse n'est pas fluide — l'orbite est allongée, comme un élastique qui se tend puis se relâche. Chaque révolution engendre une ondulation dans le tissu de l'espace-temps — les ondes gravitationnelles.

En mai 2020, les détecteurs LIGO et Virgo ont enregistré le sursaut gravitationnel GW200105. Parmi la multitude d'ondes gravitationnelles similaires, celui-ci se distinguait par une étrangeté : l'orbite de l'étoile à neutrons et du trou noir en collision n'était pas un cercle parfait, mais une…

Tous les 165 jours, la planète géante plonge vers son étoile, effleurant presque sa couronne de feu, puis s'envole dans le vide glacé. C'est TIC 241249530 b — une exoplanète avec une excentricité record de 0,94.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont enregistré une impulsion étrange : le signal GW241011. Deux trous noirs ont fusionné, mais la paire semblait inhabituelle : l'un des trous était environ trois fois plus léger que l'autre, et l'ensemble du système tournait rapidement.

Au centre d'une galaxie, un énorme trou noir est enveloppé d'un nuage invisible — un essaim de particules ultra-légères qu'il a lui-même engendré. Dans ce nuage plonge un autre trou noir, de la taille d'une étoile, et commence une longue danse en spirale.

Deux trous noirs qui se rapprochent avant l'impact évoquent des patineurs en couple : chacun tourne sur son axe, et ensemble ils enroulent une danse commune. Ce tire-bouchon commun — le spin effectif — peut être mesuré par les ondes gravitationnelles qui se propagent depuis la paire comme des ronds dans l'eau.

Au cœur dense d'un amas d'étoiles, trois trous noirs s'engagent dans une danse dangereuse. Le mouvement est chaotique – les trajectoires s'emmêlent comme des pelotes de laine. Puis l'un des trous s'échappe, tandis que les deux autres restent sur une orbite allongée.

Les détecteurs captent les « ondulations » des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs ou d'étoiles à neutrons — comme un écho de la cuisine où se prépare un plat cosmique.

Deux boules massives tournent non pas sur un cercle régulier, mais sur un ovale très aplati, tantôt se rapprochant, tantôt s'éloignant. C'est à peu près ainsi que se comportent les paires de trous noirs sur des orbites allongées.

Lorsqu'une étoile à neutrons et un trou noir fusionnent, ils émettent des ondes gravitationnelles — des ondulations de l'espace-temps qui atteignent la Terre. Ces ondulations portent l'empreinte de leur dernière danse : l'orbite précédant la collision est souvent allongée, comme une ellipse.

Un orchestre de millions d'instruments joue une seule note, mais chacun entre à son moment et avec sa propre intensité. C'est ainsi que résonne le fond stochastique d'ondes gravitationnelles — le grondement des fusions de trous noirs impossibles à distinguer individuellement.

Un couple de patineurs tourne en se tenant par la main. Si la trajectoire est un cercle parfait, chaque poussée du partenaire est prévisible. Mais si on l'allonge en ovale, les efforts deviennent inégaux : à l'approche, une secousse ; à l'éloignement, une accalmie. C'est à peu près ce que font deux trous noirs dans les dernières minutes avant leur fusion.

Une étoile à neutrons est l'ancien noyau d'une étoile massive, compressé jusqu'à la taille d'une ville. En son cœur, la matière est si dense que les atomes n'existent plus, et que protons et neutrons se dissolvent dans une mer de quarks.

Un patineur tourne sur la glace, les bras tendus. Si sa trajectoire est un cercle presque parfait, décrire son mouvement est simple. Mais lorsqu'il file sur un ovale très aplati, il semble presque s'arrêter à l'extrémité la plus éloignée et passe à toute vitesse près du bord le plus proche. C'est à peu près ce que font deux étoiles sur une orbite très allongée.

La dernière moisson d'ondes gravitationnelles a apporté son lot de mystères. Les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont capté des dizaines de signaux provenant de fusions de trous noirs, et sur le graphique de leurs masses, un vide béant apparaît : les objets plus lourds que 45 Soleils sont presque inexistants, et ceux qui existent…

Certaines géantes rouges — d'immenses étoiles âgées — changent de luminosité très lentement : un cycle peut durer plus d'un an. Les astronomes n'ont pas compris pourquoi pendant longtemps. Une idée : un compagnon invisible tourne à proximité et masque périodiquement une partie de la lumière.

Deux étoiles tournent autour d'un centre commun, absorbant le gaz d'un nuage environnant. Autour de chaque étoile et autour de la paire entière se forment des disques de gaz en rotation. De ces disques, comme des tuyaux d'arrosage, jaillissent des jets. À l'intérieur des disques, le gaz est constamment brassé — c'est l'instabilité magnétorotationnelle.

Le télescope Kepler a observé des milliers d'étoiles pendant des années, détectant les planètes grâce aux minuscules baisses de luminosité lorsqu'elles passent devant leur étoile. Ce passage, ou transit, permet de mesurer la taille de la planète, mais pas la forme de son orbite.

Une étoile comme le Soleil ne se contente pas de briller — elle bourdonne doucement. À l'intérieur, le plasma bouillonne, et ces mouvements font monter et descendre la surface de manière rythmique. Capturer ce frémissement depuis la Terre est presque impossible : il se noie dans le bruit de l'atmosphère et de l'instrument lui-même.

Les paires d'étoiles larges ressemblent à deux danseurs qui se tiennent par la main mais se trouvent à chaque extrémité de la salle. Leur lien est faible, et n'importe quel passant peut les séparer. Les astronomes ont trouvé 26 de ces paires et ont vérifié à quel point elles sont solidaires.

Chaque fusion de trous noirs engendre des ondes gravitationnelles — une ondulation dans le tissu de l'Univers — prédites par Einstein et détectées pour la première fois grâce à la contribution clé de Kip Thorne.

Deux étoiles, en se rapprochant dans une danse cosmique, subissent un balancement supplémentaire — conséquence de la courbure de l'espace-temps (un effet prédit par Einstein). Une planète qui orbite autour d'elles se balance aussi.