La détection des ondes gravitationnelles franchit un nouveau cap

L’exploration de l’univers est sur le point de franchir une nouvelle étape majeure. Les ondes gravitationnelles, ces infimes vibrations de l’espace-temps prédites par Albert Einstein en 1916 et détectées directement sur Terre depuis septembre 2015, vont bientôt être observées depuis l’espace. Un projet ambitieux qui promet de révolutionner notre compréhension de l’univers.

Une équipe internationale de scientifiques, incluant un astrophysicien de l’Université Northwestern, a reçu l’autorisation de construire un nouveau détecteur, cette fois en orbite autour de la Terre.

Le 25 janvier, l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a officiellement adopté le projet de l’Antenne Spatiale Interférométrique Laser (LISA), prévoyant sa construction et son lancement dans une décennie.

Les découvertes de LISA viendront enrichir nos connaissances sur l’origine, l’évolution et la structure de l’univers. Le détecteur sera sensible à des ondes gravitationnelles de fréquence plus basse que celles détectées par les observatoires terrestres, comme l’Observatoire d’Ondes Gravitationnelles par Interférométrie Laser (LIGO).

Un pas de géant pour l’astrophysique

« C’est une étape majeure pour LISA », a précisé Shane Larson, membre américain du Consortium LISA et co-président du groupe de travail en astrophysique du consortium.

« La mission a été conçue et planifiée, et de nouvelles technologies ont été construites et testées. Aujourd’hui, il est officiel que nous avançons vers la construction et le lancement. Ce sera le premier observatoire d’ondes gravitationnelles dans l’espace. Il sera le seul en son genre, probablement pour des décennies, et transformera le paysage de l’astronomie. »

Larson est professeur de recherche en physique et astronomie et directeur associé du Centre d’Exploration et de Recherche Interdisciplinaire en Astrophysique (CIERA) de Northwestern. Il s’intéresse à la manière dont les ondes gravitationnelles peuvent être utilisées pour comprendre des aspects de l’univers que la lumière ne peut révéler.

Le groupe de recherche de Larson à Northwestern simule la population de la Voie lactée de binaires d’étoiles mortes, appelées naines blanches, qui seront l’une des principales sources d’observation pour LISA.

Une nouvelle fenêtre sur l’univers

Les ondes gravitationnelles sont causées par le mouvement rapide d’objets massifs compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs. LISA sera particulièrement sensible aux événements à grande échelle tels que les collisions de trous noirs massifs dans les centres des galaxies et les systèmes binaires plus petits d’étoiles mortes composées de naines blanches, d’étoiles à neutrons ou de trous noirs.

LISA détectera le rayonnement gravitationnel dans la fenêtre encore inexplorée entre 0,1 mHz et 1 Hz, des ondes qui ne peuvent être détectées par les détecteurs au sol. LISA sera unique en son genre pour la détection des ondes gravitationnelles provenant de trous noirs stellaires tourbillonnant autour de trous noirs massifs dans les noyaux galactiques.

L’instrument LISA sera composé de trois vaisseaux spatiaux dans une configuration triangulaire avec des bras de 2,5 millions de kilomètres, se déplaçant dans une orbite semblable à celle de la Terre autour du soleil. Les ondes gravitationnelles provenant de sources à travers l’univers produiront de légères oscillations dans la longueur des bras (plus petites que le diamètre d’un atome).

LISA capturera ces mouvements et mesurera les ondes gravitationnelles en utilisant des liaisons laser pour surveiller les déplacements de masses d’essai en chute libre à l’intérieur des vaisseaux spatiaux.

Légende illustration : La mission LISA proposée détectera les ondes gravitationnelles dans l’espace à l’aide d’un trio de satellites séparés par des millions de kilomètres. Des lasers seront utilisés pour mesurer les changements infimes de leur distance relative induits par l’impact des ondes gravitationnelles. Image par AEI/MM/exozet ; simulation d’ondes gravitationnelles : NASA/C. Henze