Une onde gravitationnelle record met la relativité d'Einstein à l'épreuve la plus difficile à ce jour – et lui donne encore une fois raison

Les scientifiques ont utilisé le signal d’onde gravitationnelle le plus puissant jamais enregistré pour soumettre la théorie de la gravité d’Albert Einstein, vieille de plus de 100 ans, à son test le plus difficile à ce jour – et une fois de plus, elle a réussi.

Le signal, appelé GW250114, provenait de la fusion de deux trous noirs – chacun environ 30 fois la masse du soleil – à environ 1,3 milliard d’années-lumière de la Terre. L’événement a provoqué des ondulations dans l’espace-temps, appelées ondes gravitationnelles, qui ont balayé la Terre le 14 janvier 2025 et ont été détectées par l’observatoire américain des ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO).

Cependant, ce nouveau signal a été enregistré avec une clarté environ trois fois supérieure à celle de cette découverte révolutionnaire de 2015, permettant aux scientifiques de tester la théorie de l’interaction générale d’Einstein. relativité plus rigoureusement que jamais.

« C’était très clairement l’événement le plus bruyant », Keefe Mitmanchercheur postdoctoral au Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science et co-auteur du nouvel article, a déclaré à Live Science. « Cet événement a fourni plus d’informations que tout ce que nous avons vu auparavant concernant certains tests de relativité générale. »

La clarté exceptionnelle du signal découle d’une décennie de mises à niveau constantes des détecteurs, a déclaré Mitman. Ces améliorations ont réduit le bruit provenant de sources qui interféraient autrefois avec les signaux cosmiques, notamment les vibrations sismiques et même le passage des camions. En conséquence, les détecteurs étaient suffisamment sensibles aux minuscules distorsions de l’espace-temps – des changements 700 000 milliards de fois plus petits que la largeur d’un cheveu humain – provoquées par la fusion de trous noirs récemment détectée.

Les résultats sont détaillés dans une étude publiée le 29 janvier dans la revue Lettres d’examen physique.

« L’anneau » d’un trou noir

Parce que le signal récemment détecté était si clair, Mitman et ses collègues ont pu zoomer sur une scène éphémère après la fusion connue sous le nom de « ringdown ». Au cours de cette phase, le trou noir nouvellement formé vibre brièvement – un peu comme une cloche sonnée – en émettant des ondes gravitationnelles selon des motifs distincts, ou « tons », qui codent les propriétés clés du trou noir, notamment sa masse et sa rotation.

Dans GW250114, les chercheurs ont détecté les deux tons principaux prédits pour une telle fusion. Chaque tonalité a donné une mesure indépendante de la masse et de la rotation du trou noir – et les deux correspondent, vérifiant efficacement relativité généralea rapporté l’équipe dans l’étude.

Pour la première fois, les scientifiques ont également identifié avec confiance une « harmonique » plus subtile et de courte durée qui apparaît dès le début de la sonnerie – une autre caractéristique prédite depuis longtemps par la relativité générale.

« Cet événement a montré très, très clairement que cette prédiction de la relativité générale était effectivement présente dans le signal, ce qui était vraiment excitant », a déclaré Mitman à Live Science.

Si les mesures n’étaient pas d’accord, il a ajouté dans un déclaration« Nous aurions eu beaucoup de travail à faire en tant que physiciens pour essayer d’expliquer ce qui se passe et quelle serait la véritable théorie de la gravité dans notre univers. »

Des analyses antérieures du même événement, publié en septembre 2025a confirmé une autre prédiction majeure ancrée dans la relativité générale proposée par Stephen Hawking il y a plus de 50 ans. Hawking a prédit que la surface d’un trou noir, soit la taille de son horizon des événements – ne peut jamais rétrécir, même si d’énormes quantités d’énergie s’échappent lors d’une fusion sous forme d’ondes gravitationnelles.

Dans GW250114, les scientifiques ont estimé que les deux trous noirs d’origine avaient une superficie combinée d’environ 93 000 milles carrés (240 000 kilomètres carrés), soit à peu près la taille de l’Oregon. Après la fusion, le trou noir résultant avait une superficie d’environ 155 000 miles carrés (400 000 km carrés), soit plus proche de la taille de la Californie, ce qui est cohérent avec la prédiction de Hawking.

L’âge d’or

Malgré les succès répétés de la relativité générale dans la description des phénomènes cosmiques à grande échelle, les physiciens soupçonnent la théorie ne peut pas être la description complète de la gravité dans notre univers. Par exemple, cela ne peut pas expliquer la matière noire ou l’énergie noire, qui sont nécessaires respectivement pour maintenir les galaxies et leurs amas ensemble et pour expliquer l’expansion accélérée de l’univers. Il ne se réconcilie pas non plus proprement avec mécanique quantiquele cadre qui régit la nature aux plus petites échelles.

Les scientifiques espèrent que les ondes gravitationnelles provenant des fusions énergétiques de trous noirs pourraient un jour montrer de subtils écarts par rapport aux prédictions d’Einstein, ce qui pourrait potentiellement révéler une nouvelle physique.

La phase de sonnerie est particulièrement prometteuse pour de tels tests, a déclaré Mitman. De nombreuses théories « au-delà d’Einstein » prédisent des modèles de vibration légèrement différents pendant la phase de sonnerie. Ainsi, mesurer plus d’une tonalité, comme l’a fait son équipe avec GW250114, peut aider les scientifiques à imposer des contraintes sur tout écart possible par rapport à la relativité générale.

Si une divergence était constatée, les chercheurs pourraient comparer les données avec les prédictions de théories alternatives de la gravité pour déterminer lesquelles, le cas échéant, correspondent à la réalité.

« Il doit y avoir un moyen de résoudre ce paradoxe pour rendre notre théorie de la gravité cohérente avec notre théorie de la mécanique quantique », a déclaré Mitman dans le communiqué.

Les détecteurs de nouvelle génération, notamment le télescope Einstein proposé en Europe et le Cosmic Explorer basé aux États-Unis, seront 10 fois plus sensibles que les installations actuelles. En plus de détecter davantage d’événements comme GW250114, ces détecteurs seront capables d’observer des ondes gravitationnelles de plus basse fréquence, qui correspondent à des trous noirs plus massifs, permettant ainsi aux scientifiques de sonder de toutes nouvelles classes de ces géants cosmiques.

Les chercheurs envisagent également l’antenne spatiale européenne à interféromètre laser (LISA), qui devrait observer les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Prévu pour un lancement en 2035, LISA devrait détecter un flot d’événements et pourrait révéler des dizaines de tonalités distinctes au cours d’un seul événement de fusion de trous noirs, a déclaré Mitman.

« Nous vivons dans un régime où nous n’avons pas suffisamment de données, et nous nous tournons les pouces en attendant que davantage de données arrivent », a déclaré Mitman. « Une fois que LISA sera en ligne, nous serons débordés. »

Si le financement de la science des ondes gravitationnelles se poursuit, a-t-il ajouté, « nous allons voir de plus en plus de ces événements en or et commencer à vraiment apprendre des choses merveilleuses sur la nature de la gravité dans notre univers ».

Sources des articles

Source : Abac, AG, Abouelfettouh, I., Acernese, F., Ackley, K., Adamcewicz, C., Adhicary, S., Adhikari, D., Adhikari, N., Adhikari, RX, Adkins, VK, Afroz, S., Agapito, A., Agarwal, D., Agathos, M., Aggarwal, N., Aggarwal, S., Aguiar, OD, Ahrend, I., Aiello, L., . . . Zweizig, J. (2025). Spectroscopie de trous noirs et tests de relativité générale avec GW250114. Lettres d’examen physique136(4). https://doi.org/10.1103/6c61-fm1n

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Anissa Chauvin

Je m'appelle Anissa, rédactrice passionnée au cœur battant pour Reveil Citoyen Media. Mon parcours, de la plume lycéenne aux salles de rédaction, est guidé par une curiosité insatiable et le désir ardent de révéler les vérités cachées. Chaque article que je rédige est une invitation à réfléchir, à questionner et, surtout, à agir pour un monde meilleur.

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