L’instrument LIGO avait observé le 14 septembre 2015 la première onde gravitationnelle résultant de la fusion de deux trous noirs, nommée GW150914. Au même instant, le satellite INTEGRAL, qui surveille le ciel en permanence, était actif. Grâce à ses détecteurs, en connaissant l’horaire exact de l'arrivée sur Terre de celle-ci, les scientifiques ont pu rechercher si cet événement était accompagné d'une émission de rayons gamma. Or, aucune émission particulière n'a été retrouvée. Les chercheurs ont pu établir que l'émission en rayons X et gamma observée à cet instant avait une énergie au moins un million de fois plus faible que celle propagée par l'onde gravitationnelle. Le mécanisme le plus probable qui ait donné naissance à cette onde gravitationnelle, la fusion de deux trous noirs, ne devrait pas s'accompagner d'une émission lumineuse importante, la lumière restant captée par l'intense gravitation. Une émission lumineuse faible reste néanmoins possible si de la matière est présente autour des deux corps massifs.
La variation du flux lumineux enregistré par l'instrument SPI/ACS. Aucun excès significatif n'est détecté à l'arrivée de l'onde LIGO.
La recherche de la détection d'une source de lumière associée à une onde gravitationnelle a une importance capitale pour la compréhension de la théorie de la relativité générale. En effet, la coïncidence d'un double signal gravitationnel et lumineux permettrait de vérifier la vitesse exacte de l'onde gravitationnelle qui, selon la théorie, devrait être très exactement égale à celle de la lumière. Tout écart amènerait potentiellement à une modification de la théorie de la gravitation, fournissant en particulier la masse de l'hypothétique "graviton".
1 L'intensité lumineuse d'une source, dans une direction donnée, correspond au flux lumineux émis par unité d'angle solide. Le stéradian (symbole : sr) est l'unité dérivée du système international pour cette mesure d'angles solides. Dans le cas particulier d'une source lumineuse isotrope ponctuelle émettant dans toutes les directions (une étoile par exemple), l'angle solide d'émission vaut 4 π-stéradians.
La contribution du CEA au satellite INTEGRAL
Le satellite INTEGRAL (pour INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory), lancé en 2002, et actif à ce moment précis, possède deux télescopes à grand champ de vue, au développement desquels le CEA a fortement contribué. Ce sont l'imageur IBIS et le spectromètre SPI capables de localiser et mesurer l'énergie des rayons X-durs et gamma d'énergie 15 keV-10 MeV. Le spectromètre SPI est entouré d’un détecteur qui observe le ciel en permanence, dans quasiment 4π stéradians1 et dans la gamme d'énergie entre 75 keV et 2 MeV avec une résolution temporelle de 50 millisecondes. Ce dispositif a pour but de protéger le détecteur principal en identifiant tout signal parasite. Sans pouvoir fournir d'image, il permet néanmoins de détecter dans le ciel toute variation brutale d'émission gamma et sert notamment pour repérer les sursauts gamma, brèves bouffées de rayons gamma provenant de sources lointaines.
Cette capacité du satellite INTEGRAL à détecter de tels évènements brefs et soudains dans le ciel pourra aussi s'avérer très précieuse pour d'autres événements comme la fusion d'étoiles à neutrons ou les explosions d’étoiles très massives, sources potentielles d’ondes gravitationnelles et de rayonnement gamma.