Cartes évènements

Tous ces signaux voyagent en permanence vers nous depuis divers évènements dans l'Univers. Avec le Télescope Einstein, nous pourrons écouter, étudier et comprendre une véritable symphonie de ces ondes gravitationnelles. Certains signaux sont toutefois plus faibles, et donc plus difficiles à mesurer que d'autres. C'est pourquoi il est important de rendre le Télescope Einstein aussi sensible que possible. Dans le jeu L'Écho d'Einstein, chaque évènement a donc un niveau, qui indique à quel point il est difficile de le détecter.

Les seuls signaux que nous pouvons déjà écouter grâce aux ondes gravitationnelles sont les coalescences d'objets compacts : des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons se forment lorsque des étoiles bien plus lourdes que le Soleil ont brûlé tout leur combustible à la fin de leur vie et implosent. Les étoiles à neutrons sont incroyablement petites par rapport à leur masse : plus que la masse du Soleil est concentrée dans une sphère de quelques kilomètres de rayon seulement ! Les trous noirs sont encore plus compacts : toute leur masse est comprimée en un seul point. La gravité autour d'un trou noir est si forte que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière ! Par leur gravité, les étoiles à neutrons et les trous noirs courbent très fortement l'espace-temps autour d'eux. Lorsque deux de ces objets se rencontrent et fusionnent, ils créent de grandes ondulations de l'espace-temps : des ondes gravitationnelles.

Le signal d'une coalescence de deux objets compacts a une forme très reconnaissable : une longue phase d'approche à basse fréquence, qui se termine par un « chirp » soudain. Cela reflète les trois phases de la coalescence. D'abord, les objets se rapprochent de plus en plus l'un de l'autre sur une orbite en spirale. Ensuite, ils fusionnent lors d'une collision chaotique pour former un trou noir plus grand, qui perd sa dernière énergie en vibrant encore un peu. La forme précise du signal nous renseigne sur les propriétés des deux objets compacts.

Tout objet compact qui n'est pas parfaitement sphérique et qui tourne sur son propre axe émet des ondes gravitationnelles. Malheureusement, la plupart des objets de notre Univers sont presque parfaitement sphériques, tournent trop lentement ou ne sont pas assez compacts pour émettre des ondes gravitationnelles détectables. Une étoile à neutrons, en revanche, peut tourner très rapidement si elle naît d'une étoile en rotation. De plus, la matière d'une étoile à neutrons est si dense qu'un grain de sable pèserait autant que la grande pyramide de Gizeh. Cela permet au Télescope Einstein de détecter d'infimes irrégularités, comme des montagnes de seulement 1 cm de haut. Sur Terre, nous entendons ce type d'onde gravitationnelle comme un signal continu, à la manière de la sirène d'une ambulance.

Les évènements cosmiques violents, comme les coalescences de trous noirs et les supernovas, émettent un signal clair et puissant. Mais l'Univers abrite aussi des systèmes moins puissants, qui émettent des ondes gravitationnelles plus discrètes. Ces signaux se remarquent moins, mais ils sont si nombreux qu'ensemble, ils forment un bruit de fond constant aux oreilles du Télescope Einstein. Mesurer ce fond peut nous apprendre quelque chose sur les toutes premières étoiles de l'Univers primitif, peu après le Big Bang.