Septembre 2015 : l’interféromètre américain LIGO détecte des ondes gravitationnelles, ces ondes produites par des phénomènes spatiaux ultra violents : une première !
Et cela n’est que le début, car après les interféromètres installés au sol comme LIGO et VIRGO (en Italie, à Pise), c’est depuis l’espace qu’un interféromètre géant va traquer ces ondes.
C’est la mission LISA qui sera composée de 3 satellites disposés en triangle, à même distance, navigant autour du Soleil. LIGO et LISA fonctionnent sur le même principe (voir encadré). Mais LISA dispose de gros avantages à travailler depuis l’espace. Le premier : éviter les perturbations terrestres, comme les tremblements sismiques ou les vibrations créées par un camion qui roule trop près !
« Le deuxième avantage, explique Sylvie Léon, responsable du Programme de physique fondamentale au CNES, est la taille du dispositif. Les tunnels de l’interféromètre LIGO, dans lesquels se propagent des faisceaux laser, font quelques kilomètres de long. Ceux de LISA feront plus d’un million de kilomètres ! Cette antenne géante pourra ainsi capter des ondes dans une autre gamme de fréquences, donc émises par d’autres sources dans l’Univers. »
Une nouvelle façon de voir
Tout ça pour quoi ? Détecter une onde gravitationnelle, c’est tester la théorie d’Einstein.
Mais c’est surtout s’offrir une nouvelle façon de voir l’Univers. Pas en regardant ce qui est visible, comme avec un télescope. Mais en analysant les signaux des ondes gravitationnelles, on peut déduire diverses caractéristiques de l’objet qui les a émises.
Par exemple, les scientifiques ont pu calculer, à partir des ondes détectées par LIGO, qu’elles étaient émises par la fusion de deux trous noirs de 29 fois et 36 fois la masse de notre Soleil, à 1,3 milliard d’années-lumière de nous ! Ils ont ainsi pu « voir » ces trous noirs pour la première fois.
Grâce à l’interféromètre géant LISA, on va pouvoir détecter des ondes issues d’autres sources plus massives.
« Grâce à sa taille, explique Françoise Combes, astrophysicienne à l’Observatoire de Paris, LISA pourra capter des ondes créées par des trous noirs supermassifs par exemple. Des trous noirs de plus d’un million de fois la masse du Soleil. »
De plus, il faut savoir que rien n’arrête les ondes gravitationnelles. Une fois émises, elles se propagent sans fin, contrairement à la lumière par exemple qui peut être déviée par des trous noirs. On peut donc imaginer détecter une onde qui aurait été émise au moment du Big Bang, il y a près de 14 milliards d’années. « Beaucoup de mystères de l’Univers vont être levés », s’enthousiasme Françoise Combes.
Même principe, technologies différentes
LISA et LIGO sont conçus sur le même principe : des faisceaux laser circulent à la même vitesse sur un trajet exactement identique. Si un décalage entre les faisceaux apparaît, cela signifie qu’il y a eu une déformation de l’espace-temps due au passage d’une onde gravitationnelle. Mais les technologies terrestres et spatiales sont différentes. Sur Terre, les rayons laser sont renvoyés par de grands miroirs attachés à des pendules.
Dans l’espace, ces miroirs seront remplacés par des masses, des cubes d’or et de platine, « flottant » à l’intérieur de chacun des 3 satellites. Ainsi, si une onde gravitationnelle passe dans les parages, un décalage spatial apparaîtra : la distance entre les cubes sera modifiée. Mais attention aux éléments qui peuvent fausser la mesure !
Surtout que les différences seront de l’ordre du millième de millionième de millimètre ! Des ingénieurs ont donc élaboré différents systèmes pour qu’aucune autre force (photons venant du Soleil par exemple) ne « déplace » ces masses. Ces technologies sont actuellement testées sur le satellite européen LISA Pathfinder, lancé en décembre 2015.
