La prochaine génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles

Dans une quête sans fin pour sonder les confins les plus lointains de l’univers, des chercheurs de plusieurs universités britanniques s’apprêtent à jouer un rôle clé dans le développement de la prochaine génération de détecteurs d’ondes gravitationnelles.

Un consortium de sept universités a obtenu un soutien financier de 7 millions de livres sterling de la part du Fonds d’Infrastructure de UK Research and Innovation (UKRI). Ce fonds aide les chercheurs et les innovateurs à réaliser des travaux pionniers.

Au cours des trois prochaines années, les partenaires du consortium développeront des conceptions pour de nouveaux revêtements de miroirs, des techniques d’analyse de données, et des systèmes de suspension et d’isolation sismique pour utilisation dans deux futurs projets internationaux de développement de détecteurs d’ondes gravitationnelles.

Des projets internationaux en cours de conception

Les projets – Cosmic Explorer aux États-Unis et le télescope Einstein en Europe – sont dans les premières phases de travail de conception. Ils devraient être entièrement construits et en ligne d’ici la fin de la prochaine décennie.

Les détecteurs d’ondes gravitationnelles fonctionnent en faisant rebondir des lasers entre des miroirs suspendus à chaque extrémité de longs tuyaux, souvent disposés en forme de L.

Le rôle des trous noirs

Alors que les ondes gravitationnelles – les faibles ondulations de l’espace-temps causées par d’énormes événements astronomiques comme la collision de trous noirs – traversent les détecteurs, elles provoquent des variations minuscules dans la distance entre les miroirs mesurée par les lasers.

L’analyse des données capturées peut révéler une multitude d’informations sur leurs origines dans l’espace.

Une collaboration britannique

Le consortium britannique est dirigé par l’Université de Glasgow et, avec Strathclyde, rassemble les universités de Birmingham, Cardiff, Portsmouth, Southampton et l’Ouest de l’Écosse.

Le professeur Stuart Reid, chef du département de génie biomédical de Strathclyde, a déclaré : « Nous sommes ravis de participer au développement des technologies de base pour permettre à la prochaine génération d’observatoires d’ondes gravitationnelles d’explorer davantage notre univers dynamique. »

Le professeur Mark Thomson, président exécutif du STFC et champion de l’infrastructure de l’UKRI, a déclaré : « La détection des ondes gravitationnelles a été l’un des développements les plus excitants de la science récente et nous a fourni une toute nouvelle façon d’observer l’univers. »

Une découverte historique

L’observatoire LIGO a réalisé la première détection historique d’ondes gravitationnelles en 2015, ouvrant un tout nouveau domaine de l’astronomie qui ‘écoute’ les vibrations dans l’espace-temps au lieu de chercher des informations à travers le spectre électromagnétique.

Depuis 2015, les détecteurs d’ondes gravitationnelles ont fait des découvertes spectaculaires – y compris des signaux provenant de plus de 100 paires de trous noirs en collision.

La prochaine génération de détecteurs

La prochaine génération de détecteurs sera nettement plus ambitieuse dans sa conception, avec des lasers rebondissant entre des miroirs suspendus libres de toute vibration externe placés jusqu’à 40 km l’un de l’autre, au lieu de 4 km comme c’est le cas dans les détecteurs actuels. Les miroirs seront également plus grands et plus lourds car ils doubleront de diamètre pour atteindre environ 60 cm.

Les collaborations internationales derrière les détecteurs de la prochaine génération prévoient que les nouveaux observatoires seront suffisamment sensibles pour détecter des signaux provenant du bord même de l’univers.

En synthèse

La portée élargie des détecteurs aidera à jeter un nouvel éclairage sur la formation des trous noirs aux premières époques du temps, sur le comportement de la matière dans les étoiles à neutrons, et à capter des ondes gravitationnelles que les observatoires actuels ne peuvent pas détecter.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle ?

Une onde gravitationnelle est une perturbation de l’espace-temps générée par des événements astronomiques massifs, tels que la fusion de deux trous noirs.

Qu’est-ce que le télescope Einstein ?

Le télescope Einstein est un projet de détecteur d’ondes gravitationnelles de troisième génération actuellement en phase de conception.

Qu’est-ce que le Cosmic Explorer ?

Cosmic Explorer est un autre projet de détecteur d’ondes gravitationnelles de troisième génération, basé aux États-Unis.

Qu’est-ce que le LIGO ?

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un observatoire d’ondes gravitationnelles basé aux États-Unis qui a fait la première détection historique d’ondes gravitationnelles en 2015.

Qu’est-ce que le Fonds d’Infrastructure de UK Research and Innovation (UKRI) ?

Le Fonds d’Infrastructure de UKRI est un organisme qui fournit un soutien financier aux chercheurs et aux innovateurs pour réaliser des travaux de pointe.