Depuis près de 100 ans, les scientifiques recherchent des preuves directes de l'existence d'ondes de gravité ondulées faibles dans le tissu de l'espace-temps prédites dans la théorie de la relativité générale d'Albert Einsteins. Aujourd'hui, la chasse aux ondes de gravité est devenue un effort mondial impliquant des centaines de scientifiques. Un certain nombre de grandes installations au sol ont été développées en Europe, aux États-Unis et au Japon, mais la recherche la plus sophistiquée de toutes aura bientôt lieu dans l'espace.
S'exprimant mardi 5 avril lors de la RAS National Astronomy Meeting à Birmingham, le professeur Mike Cruise décrira un projet conjoint ESA-NASA appelé LISA (Laser Interferometric Space Antenna). Prévu pour un lancement en 2012, LISA comprendra trois vaisseaux spatiaux volant en formation autour du Soleil, ce qui en fera le plus grand instrument scientifique jamais placé en orbite.
LISA devrait fournir les meilleures chances de succès dans la recherche des ondes de gravité passionnantes et à basse fréquence, a déclaré le professeur Cruise. Cependant, la mission est l'un des défis technologiques les plus complexes jamais entrepris. Selon la théorie d'Einsteins, les ondes de gravité sont causées par le mouvement de grandes masses (par exemple, des étoiles à neutrons ou des trous noirs) dans l'Univers. L'influence gravitationnelle entre les objets distants change à mesure que les masses se déplacent, de la même manière que les charges électriques en mouvement créent les ondes électromagnétiques que les postes de radio et les téléviseurs peuvent détecter.
Dans le cas d'une particule atomique très légère comme l'électron, le mouvement peut être très rapide, générant ainsi des ondes à une large gamme de fréquences, y compris les effets que nous appelons la lumière et les rayons X. Étant donné que les objets qui génèrent des ondes de gravité sont beaucoup plus grands et plus massifs que les électrons, les scientifiques s'attendent à détecter des ondes de fréquences beaucoup plus basses avec des périodes allant de fractions de seconde à plusieurs heures.
Les vagues sont en effet très faibles. Ils se révèlent comme un étirement et une contraction alternés de la distance entre les masses d'essai qui sont suspendues de manière à leur permettre de se déplacer. Si deux de ces masses d'essai étaient distantes d'un mètre, alors les ondes de gravité de la force actuellement recherchée ne changeraient leur séparation que de 10e-22 de mètre, ou un dix millième de millionième de millionième de millionième de mètre.
Ce changement de séparation est si faible qu'empêcher les masses d'essai d'être perturbées par l'effet gravitationnel des objets locaux et le bruit sismique ou le tremblement de la Terre elle-même est un véritable problème qui limite la sensibilité des détecteurs. Étant donné que chaque mètre de longueur dans la distance entre les masses d'essai donne lieu séparément aux minuscules changements recherchés, l'augmentation de la longueur de la séparation entre les masses entraîne une plus grande variation globale qui pourrait être détectée. Par conséquent, les détecteurs à ondes de gravité sont aussi grands que possible.
Les détecteurs au sol actuels couvrent des distances de quelques kilomètres et devraient être capables de mesurer les périodes de millisecondes des objets à rotation rapide tels que les étoiles à neutrons laissées par les explosions stellaires, ou les collisions entre objets dans notre voisinage galactique local. Il y a cependant un fort intérêt à construire des détecteurs pour rechercher les collisions entre des trous noirs massifs qui ont lieu lors de fusions de galaxies complètes. Ces événements violents généreraient des signaux de très basses fréquences - trop faibles pour être observés au-dessus du bruit sismique aléatoire de la Terre.
La réponse est d'aller dans l'espace, loin de telles perturbations. Dans le cas de LISA, les trois engins spatiaux voleront en formation, à 5 millions de kilomètres l'un de l'autre. Les faisceaux laser se déplaçant entre eux mesureront les changements de séparation causés par les ondes de gravité avec une précision d'environ 10 picomètres (cent millième de millionième de mètre). Étant donné que les masses d'essai sur chaque vaisseau spatial devront être protégées contre diverses perturbations causées par des particules chargées dans l'espace, elles doivent être logées dans une chambre à vide dans le vaisseau spatial. La précision requise est 1 000 fois plus exigeante que jamais auparavant dans l'espace et l'ESA prépare donc un vol d'essai du système de mesure laser dans une mission appelée LISA Pathfinder, qui doit être lancée en 2008.
Des scientifiques de l'Université de Birmingham, de l'Université de Glasgow et de l'Imperial College de Londres préparent actuellement l'instrumentation pour LISA Pathfinder en collaboration avec l'ESA et ses collègues en Allemagne, en Italie, aux Pays-Bas, en France, en Espagne et en Suisse. Lorsque LISA opère en orbite, nous nous attendons à observer l'Univers à travers la nouvelle fenêtre offerte par les ondes de gravité, a déclaré Cruise. En plus des étoiles à neutrons et des trous noirs massifs, nous pouvons être en mesure de détecter les échos du Big Bang des ondes de gravité émises de minuscules fractions de seconde après l'événement qui a déclenché notre Univers sur son évolution actuelle.
Source d'origine: communiqué de presse RAS
