La théorie de la « mémoire gravitationnelle » d’Einstein pourrait enfin être confirmée

Un groupe de physiciens avance que la « mémoire gravitationnelle », un phénomène prédit par la relativité générale d’Einstein, pourrait enfin être observée et confirmée. Cette empreinte subtile, laissée par les ondes gravitationnelles générées par des événements cosmiques passés tels que la collision de trous noirs, pourrait être détectée dans le rayonnement fossile du fond diffus cosmologique. Une découverte qui fournirait de précieuses informations sur l’évolution de l’Univers.

Selon la relativité générale d’Einstein, les objets massifs et les phénomènes cosmiques extrêmes, comme la fusion de trous noirs, déforment la trame de l’espace-temps, générant ainsi des ondes gravitationnelles qui se propagent à la vitesse de la lumière. Alors que les ondes électromagnétiques résultent de l’accélération de particules chargées, les ondes gravitationnelles naissent du mouvement accéléré de masses colossales.

À la différence des autres types d’ondes, qui traversent la matière sans en altérer la structure, les ondes gravitationnelles en modifieraient durablement la structure. Tout objet traversé par ces perturbations — y compris les particules élémentaires comme les photons — subirait des modifications permanentes de ses propriétés physiques, y compris sa vitesse. Ainsi, le rayonnement cosmique pourrait conserver une empreinte de ces ondes.

Jusqu’à présent, si l’existence des ondes gravitationnelles a été confirmée par des instruments de pointe comme le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et l’interféromètre VIRGO en Italie, leur signature persistante, appelée « mémoire gravitationnelle », demeure insaisissable.

Une méthode inédite pour traquer la mémoire gravitationnelle

Une équipe internationale de chercheurs propose une nouvelle approche qui pourrait permettre, pour la première fois, de détecter cette mémoire gravitationnelle. Selon eux, elle se manifesterait sous forme de légères variations de température au sein du fond diffus cosmologique (cosmic microwave background, ou CMB), vestige du rayonnement primordial émis quelque 380 000 ans après le Big Bang.

La confirmation expérimentale de ce phénomène ne se limiterait pas à une simple validation des prédictions d’Einstein. Elle offrirait également des données précieuses sur les événements extrêmes ayant façonné l’Univers. « Nous pouvons en apprendre énormément », explique Kai Hendriks, doctorant à l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et co-auteur de l’étude, dans une interview accordée à Live Science. « En mesurant la mémoire gravitationnelle dans un signal d’onde gravitationnelle, nous obtenons des informations supplémentaires sur les propriétés des trous noirs qui l’ont généré : leur masse, leur rotation ou encore leur distance par rapport à nous ».

Une empreinte thermique trop faible pour être détectée avec les technologies actuelles

Pour évaluer la possibilité de détecter cette mémoire gravitationnelle, les chercheurs ont modélisé l’influence des collisions de trous noirs sur le CMB. Leur analyse suggère que ces événements cataclysmiques induisent bien des modifications détectables dans le