Onde gravitationnelle - Définition

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Degrés de libertés

Les ondes gravitationnelles ont deux polarisations 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 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.

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 interféromètres à laser. L'opération demande une précision extrême puisque la quantité relative à mesurer est de l'ordre de 10-21, ce qui revient à vouloir détecter une variation de la distance Terre-Soleil de l'ordre de la taille d'un atome.

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 interféromètres à laser où la distance parcourue par la lumière du laser est très longue, tels que VIRGO (3 km, à Pise, France/Italie), GEO (600 m, à Hanovre, Allemagne/Grande-Bretagne), LIGO (4 km, Hanford et Livingston, États-Unis d'Amérique), TAMA (300 m, Japon), et ACIGA (Australie). La précision atteinte est de l'ordre de l'attomètre (c'est-à-dire 10-18 m) soit le millième du rayon du noyau atomique de l'hydrogène.

Un moyen de s'affranchir du bruit sismique (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 à partir de 2018.

En novembre 2002, une équipe de chercheurs italiens de l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare et de l'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 de certaines sources d'ondes gravitationnelles comme les pulsars demande une grande puissance de calculs. 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.

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