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En physique, une onde gravitationnelle est une onde provoquée par un champ de gravitation. Le rayonnement gravitationnel est le produit de ces ondes. Le quantum correspondant s'appelle le graviton.
De façon imagée, on peut dire que l'intensité de la gravitation doit fluctuer lors du passage d'une onde gravitationnelle comme la surface de l'eau monte et descend lorsque passe une vague.
Selon la théorie de la relativité générale de Albert Einstein, la gravitation peut provoquer des oscillations de l'espace-temps qui peuvent transmettre de l'énergie. La prédiction de leur existence découle de l'analogie existant en relativité générale entre des charges électriques en mouvement et des masses en mouvement. De la même manière que l'accélération de particules chargées produit des ondes électromagnétiques, l'accélération de particules possédant une masse devrait produire des ondes gravitationnelles.
Les scientifiques sont désireux de trouver une manière de détecter ces ondes, puisqu'elles pourraient aider à donner des informations sur la structure même de l'Univers.
Les physiciens Russell Hulse et Joseph Taylor ont expliqué leurs observations d'un système d'étoiles à neutrons binairess comme résultat de l'émission d'ondes gravitationnelles par le système. Pour cet accomplissement, ils ont été récompensés par le prix Nobel de physique en 1993. Toutefois, on n'a jamais pu observer directement de rayonnements gravitationnels. C'est-à-dire que personne n'a encore été témoin d'un objet physique se déformant réellement pendant le passage d'une onde gravitationnelle, bien qu'il y ait eu un certain nombre de rapports non confirmés. L'observation confirmée d'ondes gravitationnelles serait une autre évidence importante de la validité de la relativité générale.
Une des raisons pour laquelle on n'a pas encore pu détecter directement ces ondes est leur très faible intensité, de sorte que les signaux, s'ils existent, sont noyés sous le bruit produit par d'autres sources. Les sources terrestres ordinaires seraient de toute façon indétectables, en dépit de leur proximité. Seuls des évènements produit par des objets extrêmement massifs comme la collision entre deux trous noirs seraient susceptibles d'être détectés.
Un certain nombre d'équipes travaillent à rendre les détecteurs de gravité plus sensibles et plus sélectifs aux ondes et à analyser leurs résultats. Une technique généralement utilisée pour réduire les effets du bruit doit employer la détection de coïncidence pour pouvoir ignorer les événements qui ne s'enregistreraient pas sur les deux détecteurs. Il y a deux types communs de détecteurs utilisés dans ces expériences: