Les ondes gravitationnelles ne sont pas un «fake»

En 1918, Albert Einstein avait prédit l’existence d’ondes invisibles, les ondes gravitationnelles. Il a fallu attendre septembre 2015 pour les détecter: les deux instruments américains LIGO ont vu passer un flash attribué à la fusion de deux trous noirs, un événement inédit et inaccessible aux télescopes. Cinq mois plus tard, les chercheurs des LIGO – et ceux de l’instrument européen VIRGO, lequel n’était pas encore en service lors de l’événement – annoncent la nouvelle, qui fait le tour du monde. Depuis, cinq événements ont été captés, dont un par les trois instruments. Le plus spectaculaire, le 17 août 2017, a fait l’objet d’observations au télescope (rayons gamma et X, lumière visible, infrarouge et ondes radio). Des découvertes célébrées par les médias et honorées du Nobel de physique 2017.

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Pourtant, depuis deux ans, un groupe conduit par Andrew Jackson à l’Institut Niels Bohr de Copenhague joue les trouble-fêtes: il affirme que les instruments LIGO ne sont pas capables de séparer correctement le signal – les ondes gravitationnelles – des multiples sources de «bruit» qui parasitent les mesures. Autrement dit, l’annonce de 2016 était prématurée. Avec à la clé un Nobel pour un fake?

Erreurs de débutants

«Pourquoi s’intéresser à ces conspirationnistes dont les affirmations ont été démontées une par une? Sept personnes de notre collaboration se sont rendues à Copenhague dès août 2017 pour tenter de leur faire comprendre leurs erreurs dont certaines sont dignes d’un débutant», s’insurge un membre de la collaboration LIGO-VIRGO – une coopération de plus de 1000 chercheurs –, qui tient à garder l’anonymat. «Nous avons rencontré ces physiciens avec qui nous avons épluché les codes informatiques; les leurs comme les nôtres, confirme Andrew Jackson. Ils ont reconnu une bonne demi-douzaine d’erreurs dans leurs programmes et ont admis que nos calculs étaient exacts», explique le chercheur, en nous renvoyant à la photo, prise à cette occasion, d’un tableau noir écrit de la main d’un certain Duncan Brown. Elle porte notamment une mention «corriger le code LOSC» [code en accès libre de Ligo, ndlr].

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Physicien à l’Université de Syracuse, près de New York, Duncan Brown a depuis quitté LIGO. Non pas en raison d’un quelconque désaccord scientifique, bien au contraire: «Je trouve que je serai plus utile en accompagnant les scientifiques qui souhaitent travailler sur les données des LIGO et de VIRGO», explique-t-il, tout en s’avouant très surpris du récit d’Andrew Jackson. «Il y a un malentendu. Ces erreurs ne concernaient pas les programmes utilisés pour la découverte. Il s’agit d’autres logiciels plus simples d’emploi et moins précis, qui sont diffusés sur internet pour aider les enseignants et les étudiants à travailler sur les mesures d’ondes gravitationnelles. Ces erreurs n’ont aucun rapport avec nos calculs, qui ont été vérifiés et confirmés!» Il cite pour preuve des analyses indépendantes qui appuient la découverte de 2015, dont certaines ont été réalisées avec des codes informatiques différents.

Maladresse

Mais il est vrai que la collaboration LIGO-VIRGO a commis une maladresse dans l’article de Physical Review Letters qui décrit les observations du 14 septembre 2015. La figure 1 a été tracée avec ce logiciel «grand public» et imprécis, mais sans l’indiquer. «Cette première figure était une illustration pour montrer que le signal était si clair qu’on le voyait à l’œil nu. Mais nous avons aussi publié, dans le même article, la figure 4 qui correspond à nos calculs les plus précis.» «Si je comprends bien, la figure 1 était là pour faire plaisir à l’éditeur scientifique du New York Times», répond, sarcastique Andrew Jackson.

A partir des données brutes de cet événement de 2015, et d’une méthode contestée par ses confrères, le groupe d’Andrew Jackson affirme qu’après soustraction du signal, le bruit résiduel des deux LIGO se ressemble. Une corrélation anormale puisqu’ils sont distants de 3000 kilomètres! «Cela prouve que leurs mesures sont entachées d’erreurs et que les annonces ont été prématurées», conclut Andrew Jackson. «Le groupe de Copenhague peut raconter ce qu’il veut, nous avons tout revérifié avec soin, c’est pour cela qu’on a mis cinq mois avant d’annoncer la découverte, répond Neil Cornish, de LIGO. Nous connaissons le bruit capté par les détecteurs avec une précision remarquable, et nous n’avons pas constaté de corrélation significative entre les deux. Près de 10 000 canaux témoins effectuent des mesures de bruit 24 h/24, des microphones, des magnétomètres, etc. Si le groupe de Jackson veut ces données, il n’a qu’à les demander. Elles représentent l’équivalent d’un camion rempli de disques durs!»

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Le 17 août 2017, un autre passage d’ondes gravitationnelles a été capté par les LIGO, pendant une centaine de secondes. Moins de deux secondes avant cet événement GW170817, l’observatoire spatial Fermi a capté une bouffée de rayonnements gamma dans la même direction. «VIRGO n’a rien vu ce jour-là, précise Neil Cornish. Cette non-détection a permis de préciser la localisation pointée par les deux LIGO.» Dans les heures, jours et mois qui ont suivi l’événement, plusieurs dizaines de télescopes pointés dans cette direction ont capté toutes sortes de signaux. Tout semble indiquer qu’il s’agit de la fusion de deux étoiles à neutrons, un événement cosmique jamais détecté et une découverte immense: ce type de cataclysme serait le creuset des éléments lourds de l’Univers, notamment de métaux.

Calmer le jeu

Voilà qui ne convainc pas plus Andrew Jackson. «Mes collègues ont considéré qu’il s’agissait d’une fausse alerte à cause d’une défaillance sur le LIGO de Livingston. Et quarante-cinq minutes plus tard, ils en tirent un signal, qui plus est dans la direction pointée par Fermi? Ils sont vraiment très forts!» Est-ce à dire que les chasseurs d’ondes gravitationnelles auraient truqué leurs données? «Je ne dis pas cela, mais avouez que c’est très surprenant», répond habilement Andrew Jackson.

Là encore, Duncan Brown – comme plusieurs de ses anciens collègues de LIGO – dément. «Il n’y a jamais eu de fausse alerte. Le LIGO de Hanford a annoncé un événement. Il y a bien eu une défaillance temporaire sur celui de Livingston, mais elle n’a duré qu’un quart de seconde. Le reste du temps, pendant plusieurs dizaines de secondes, le signal est présent.» Une affirmation qui semble confirmée par des graphiques montrant les signaux. Pour Andrew Jackson, ce premier événement multi-messagers ne serait qu’une coïncidence. «Un groupe italien montre que les télescopes ont vu la fusion de deux naines blanches. Or ce type de phénomène émet des ondes gravitationnelles dans des fréquences que les LIGO ne peuvent capter.» De la même manière qu’un télescope optique ne peut capter des ondes radio. «Si les LIGO ont capté un signal – ce qui reste à démontrer –, c’est qu’il y a eu deux événements ce jour-là.»

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«Ces travaux que cite mon collègue sont démentis par de nombreuses études qui confirment qu’il s’agissait d’étoiles à neutrons, corrige Duncan Brown. On peut toujours envisager que deux événements cosmiques soient survenus à deux secondes près dans la même direction. Mais il n’y a qu’une chance sur 20 millions que cela se produise, ce qui est hautement improbable.»

Pour calmer le jeu, la collaboration LIGO-VIRGO a annoncé la publication prochaine d’un article détaillé sur l’extraction des signaux et la gestion du bruit. Tous les instruments sont à l’arrêt, le temps d’améliorer leur sensibilité avant un nouveau round d’observations prévu l’an prochain. «On espère cette fois voir plusieurs événements multi-messagers, avec des signaux sur les deux Ligo, sur Virgo et des télescopes», indique Neil Cornish. Cela suffira-t-il à éteindre la polémique?