Un certain nombre de détecteurs d’ondes gravitationnelles sont actuellement en service, les plus importants étant sans doute ceux de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, qui comprend trois “interféromètres laser” basés respectivement aux États-Unis, en Italie et au Japon.
Ces détecteurs fonctionnent en utilisant des lasers jumeaux pour mesurer les changements les plus infimes dans les distances – et sont capables de détecter les ondes gravitationnelles avec des fréquences dans la gamme de 1-1000 hertz.
En revanche, une autre approche fonctionne en mesurant les variations subtiles des signaux périodiques reçus des pulsars, des étoiles à neutrons en rotation qui émettent des faisceaux d’ondes radio d’une manière assez semblable aux balises rotatives des phares.
Ce dispositif est capable de détecter les ondes gravitationnelles de basse fréquence dans la gamme des nanohertz, telles qu’elles sont causées, par exemple, par la fusion de trous noirs supermassifs.
Cela signifie que, ensemble, les détecteurs actuels ont un angle mort important dans la gamme des microhertz qui se situe entre ces deux bandes de fréquences – et sont donc incapables de détecter le type d’ondes gravitationnelles que les physiciens s’attendent à voir générées lorsque des paires de trous noirs supermassifs orbitent l’une autour de l’autre dans les dernières étapes avant d’entrer en collision.
Le physicien théoricien Alexander Jenkins de l’University College London et son collègue Diego Blas de l’Université autonome de Barcelone ont, comme le dit le premier, “pour objectif de combler cette lacune”.
Pour ce faire, explique le Dr Jenkins, ils proposent de s’appuyer sur une idée qui remonte aux années 1970 et de mesurer comment les ondes gravitationnelles “influencent les orbites des systèmes binaires – y compris le système Terre-Lune”.
Selon le duo, les ondes gravitationnelles qui secouent la Terre et la Lune dans la gamme de fréquences des microhertz – c’est-à-dire environ une oscillation toutes les quelques semaines – devraient avoir une influence subtile mais détectable sur l’orbite de la paire.
Pour un exemple hypothétique et très simpliste, une onde gravitationnelle continue de la même fréquence que le mouvement orbital Terre-Lune pourrait rapprocher un peu plus la Lune de la Terre à chaque cycle, grâce à des phénomènes de résonance.
Ce changement minuscule des propriétés orbitales serait imperceptible pour nous et n’aurait rien d’inquiétant, car la Lune s’éloigne à une vitesse bien plus grande – actuellement environ 1,5 pouces par an – depuis des milliards d’années en raison de l’interaction avec les marées de la Terre.
Même si les ondes gravitationnelles ne vont pas faire tomber la Lune sur nos têtes, la mesure des changements subtils de l’orbite de la Lune à l’aide de la télémétrie laser pourrait révéler la présence d’ondes gravitationnelles microhertz jusqu’alors indétectables.
La télémétrie laser consiste à faire rebondir un faisceau de lumière concentrée sur l’un des réflecteurs spéciaux laissés sur la surface lunaire par les missions américaines Apollo et soviétiques Lunokhod, et à mesurer le temps que met le signal à revenir.
Dans leur article, les docteurs Jenkins et Blas ont montré que de telles études du système Terre-Lune pourraient être utilisées pour permettre aux physiciens d’établir une nouvelle limite supérieure raffinée de la force des ondes gravitationnelles dans l’intervalle des microhertz.
Et comme si traiter la Terre et la Lune comme une pièce géante d’équipement de laboratoire n’était pas assez grandiose, les chercheurs disent qu’ils veulent explorer le principe de base encore plus loin.
Le Dr Jenkins a déclaré : “Il ne s’agit pas seulement de systèmes binaires individuels – nous devons également voir comment des galaxies entières répondent aux ondes gravitationnelles”.
Le physicien Vitor Cardoso de l’Université de Lisbonne – qui n’a pas participé à l’étude actuelle – a déclaré que cette idée était “une manière passionnante et nouvelle de voir les ondes gravitationnelles”.
Il a ajouté : “L’idée est simple, mais elle nécessite des calculs difficiles à mettre en œuvre et à montrer qu’elle fonctionne.”
En comblant l’écart de fréquence de détection, a-t-il ajouté, on pourrait découvrir de nouvelles sources inattendues d’ondes gravitationnelles.
Les experts pourraient découvrir, a-t-il ajouté, “que l’Univers est plein de contenu mystérieux d’ondes gravitationnelles”.