Le super écrasement de deux étoiles à neutrons distantes de 130 millions d'années-lumière a fourni d'excellents indices pour étudier le nombre de dimensions de notre univers. Michael Stevenson/UIG/Getty Images De nombreuses théories physiques prédisent plus de dimensions au-delà des quatre que nous connaissons et aimons (trois dimensions de l'espace, une fois). Avoir ces dimensions supplémentaires serait utile pour expliquer certains des mystères les plus déroutants de l'univers. Par exemple, certaines théories qui expliquent la matière noire et l'énergie noire sont ancrées dans l'idée qu'il existe de nombreuses autres dimensions « supplémentaires » à côté de celles que nous expérimentons chaque jour ; ils sont juste extrêmement petits et très difficiles à observer.
L'année dernière, cependant, l'univers nous a fait un solide. A cent trente millions d'années-lumière, deux étoiles à neutrons sont entrées en collision et ont fusionné, explosant le cosmos avec un tsunami d'ondes gravitationnelles qui ont été détectées par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et l'observatoire Virgo en Italie le 17 août, 2017. En outre, l'événement a éclaté avec une kilonova, créant un sursaut gamma très brillant, laissant des éléments lourds - comme l'or - dans son sillage. Les détecteurs aux États-Unis et en Italie ont enregistré les ondulations dans l'espace-temps tandis que l'observatoire spatial Swift de la NASA (et d'autres) a détecté le rayonnement électromagnétique.
Les astrophysiciens ont vraiment enthousiasmé par cet événement. Pour la première fois dans l'histoire, ils ont observé à la fois des ondes électromagnétiques et des ondes gravitationnelles du même événement - ils peuvent comparer ces deux signaux pour faire de nouvelles découvertes sur notre univers. Cette découverte, qui a abouti au prix Nobel de physique pour les scientifiques du LIGO, a inauguré une nouvelle ère de « l'astronomie multi-messagers » (voir Les détecteurs d'ondes gravitationnelles découvrent les étoiles à neutrons en collision - et Découvrez une mine d'or scientifique).
Maintenant, les chercheurs ont utilisé cet événement historique pour sonder les couches au-delà les quatre dimensions de l'espace-temps pour révéler que notre univers pourrait être beaucoup plus simple que ne le prédisent certaines théories physiques.
Revenons aux mystères de la matière noire et de l'énergie noire que nous avons évoqués. On pense que la grande majorité de la matière dans l'univers est incarnée par des choses que nous ne pouvons pas voir. Nous pouvons, cependant, ressentir ses effets gravitationnels, donc nous savons qu'il est là - quel que soit "c'est". L'énergie noire est encore plus déroutante. Comme la matière noire, l'énergie noire est "sombre" parce que nous ne savons pas vraiment ce que c'est. Mais nous savons que c'est là-bas, et les cosmologistes pensent qu'il est responsable de l'accélération de l'expansion de l'univers.
De nombreuses théories ont été proposées pour la matière noire et l'énergie noire, dont certains nécessitent l'existence de dimensions supplémentaires au-delà des quatre que nous connaissons. De façon intéressante, les ondes gravitationnelles ont été exploitées comme un mécanisme possible qui peut être utilisé pour sonder ce royaume extradimensionnel inconnu.
Mettre tout simplement, comme les ondes gravitationnelles se propagent à la vitesse de la lumière dans l'espace-temps, les scientifiques pensent qu'une partie de l'énergie des ondes gravitationnelles "fuira" dans des dimensions supplémentaires, si ces dimensions supplémentaires existent. Donc, lorsqu'il est détecté par un observatoire d'ondes gravitationnelles, les ondes auraient une amplitude plus faible que prévu. Rayonnement électromagnétique normal (c. lumière d'un sursaut gamma), n'interagit pas avec ces dimensions supplémentaires et restera inchangé. En mesurant le signal d'onde gravitationnelle de la collision d'étoiles à neutrons de l'année dernière et en le comparant au signal électromagnétique, les deux devraient, en principe, présenter un écart si ces dimensions supplémentaires existent.
Hélas, selon cette recherche, il n'y avait pas de différence, indiquant que les ondes lumineuses et gravitationnelles ne voyageaient que dans l'espace-temps à quatre dimensions - tout comme Einstein l'avait prédit avec sa théorie de la relativité générale, la même théorie qui a prédit l'existence des ondes gravitationnelles il y a plus d'un siècle.
Cela ne signifie pas nécessairement que des dimensions supplémentaires n'existent pas - cela pourrait simplement signifier que nos théories sur la façon dont la gravité interagit avec ces dimensions doivent être modifiées ou que nous devons simplement mesurer plus d'événements multi-messagers - mais après seulement trois ans depuis leur découverte, les ondes gravitationnelles tiennent déjà leur promesse de remettre en cause certaines théories cosmologiques clés.
