Le premier observatoire spatial conçu pour détecter les ondes gravitationnelles a passé un examen majeur et procédera à la construction du matériel de vol. Le 25 janvier, l’ESA (Agence spatiale européenne) a annoncé l’adoption formelle de LISA, l’antenne spatiale à interféromètre laser, dans sa gamme de missions, dont le lancement est prévu pour le milieu des années 2030. L’ESA dirige la mission, avec la NASA comme partenaire de collaboration.
« En 2015, l’observatoire au sol LIGO a ouvert la fenêtre sur les ondes gravitationnelles, des perturbations qui balayent l’espace-temps, la structure de notre univers », a déclaré Mark Clampin, directeur de la division d’astrophysique au siège de la NASA à Washington. » LISA nous offrira une vue panoramique, nous permettant d’observer un large éventail de sources à la fois au sein de notre galaxie et bien au-delà. Nous sommes fiers de faire partie de cet effort international visant à ouvrir de nouvelles voies pour explorer les secrets de la galaxie. univers. »
La NASA fournira plusieurs composants clés de la suite d’instruments de LISA ainsi qu’un soutien scientifique et technique. Les contributions de la NASA comprennent des lasers, des télescopes et des dispositifs permettant de réduire les perturbations causées par les charges électromagnétiques. LISA utilisera cet équipement pour mesurer avec précision les changements de distance provoqués par les ondes gravitationnelles sur des millions de kilomètres dans l’espace. L’ESA fournira le vaisseau spatial et supervisera l’équipe internationale pendant le développement et l’exploitation de la mission.
Les ondes gravitationnelles ont été prédites par la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein il y a plus d’un siècle. Ils sont produits par des masses accélératrices, telles qu’une paire de trous noirs en orbite. Parce que ces ondes suppriment l’énergie orbitale, la distance entre les objets diminue progressivement sur des millions d’années, et ils finissent par fusionner.
La mission LISA permettra d’observer les ondes gravitationnelles produites par la fusion de trous noirs supermassifs, vues ici dans une simulation informatique. La plupart des grandes galaxies contiennent des trous noirs centraux pesant des millions de fois la masse de notre soleil. Lorsque ces galaxies entrent en collision, leurs trous noirs finissent par faire de même. Téléchargez une vidéo haute résolution à partir du studio de visualisation scientifique de la NASA. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA/Scott Noble ; données de simulation, d’Ascoli et al 2018
Ces ondulations dans le tissu spatial n’ont pas été détectées jusqu’en 2015, lorsque LIGO, l’observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser, financé par la National Science Foundation des États-Unis, a mesuré les ondes gravitationnelles résultant de la fusion de deux trous noirs. Cette découverte a fait progresser un nouveau domaine scientifique appelé « astronomie multimessager » dans lequel les ondes gravitationnelles pourraient être utilisées en conjonction avec les autres « messagers » cosmiques – la lumière et les particules – pour observer l’univers de nouvelles manières.
Parallèlement à d’autres installations au sol, LIGO a depuis observé des dizaines d’autres fusions de trous noirs, ainsi que des fusions d’étoiles à neutrons et de systèmes étoile à neutrons-trou noir. Jusqu’à présent, les trous noirs détectés par les ondes gravitationnelles étaient relativement petits, avec des masses de dix à cent fois supérieures à celles de notre soleil. Mais les scientifiques pensent que les fusions de trous noirs beaucoup plus massifs étaient courantes lorsque l’univers était jeune, et que seul un observatoire spatial pouvait être sensible aux ondes gravitationnelles émises par ces trous.
« LISA est conçu pour détecter les ondes gravitationnelles basse fréquence que les instruments sur Terre ne peuvent pas détecter », a déclaré Ira Thorpe, chercheur scientifique de la NASA pour la mission au Goddard Space Flight Center de l’agence à Greenbelt, dans le Maryland. « Ces sources englobent des dizaines de milliers de petits systèmes binaires dans notre propre galaxie, ainsi que des trous noirs massifs fusionnant lors des collisions de galaxies dans l’univers primitif. »
LISA sera composé de trois vaisseaux spatiaux volant dans une vaste formation triangulaire qui suivra la Terre sur son orbite autour du soleil. Chaque bras du triangle s’étend sur 1,6 million de miles (2,5 millions de kilomètres). Le vaisseau spatial suivra les masses de test internes affectées uniquement par la gravité. Dans le même temps, ils tireront continuellement des lasers pour mesurer leurs séparations dans une plage inférieure à la taille d’un atome d’hélium. Les ondes gravitationnelles provenant de sources réparties dans tout l’univers produiront des oscillations dans la longueur des bras du triangle, et LISA capturera ces changements.
La technologie de mesure sous-jacente a été démontrée avec succès dans l’espace avec la mission LISA Pathfinder de l’ESA, qui a fonctionné entre 2015 et 2017 et a également impliqué la NASA. Le vaisseau spatial a démontré le contrôle exquis et les mesures laser précises nécessaires pour LISA.