L'ESA va construire un détecteur spatial à ondes gravitationnelles

C'est un grand pas pour l'avenir de l'astrophysique: l'Agence spatiale européenne donne son feu vert à la construction de LISA. Quatre lettres pour un acronyme signifiant Laser Interferometer Space Antenna: cet instrument spatial d'un nouveau type a été proposé par un groupe de scientifiques à l'ESA au début de l'année 2017. LISA fait partie de la "Vision cosmique 2015-2025" de l'agence.

"C'est un projet énorme", commente Domenico Giardini, de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). Tout comme d'autres scientifiques suisse, il participe à la mission: "Trois générations de chercheurs et d'ingénieurs y seront impliquées", précise-t-il.

LISA ne sera rien moins que le premier observatoire dédié à l'étude des ondes gravitationnelles depuis l'espace: il sera constitué de trois satellites reliés entre eux par des rayons lasers, situés à environ 50 millions de kilomètres de la Terre. Ce que le dispositif devra détecter, ce sont les infimes ondulations dans le tissu de l'espace-temps qui sont émises lors des événements les plus puissants de l'Univers, comme la fusion de deux trous noirs ou celle d'étoiles à neutrons, les objets les plus denses connus (lire encadré). Depuis l'espace, point d'interférences, contrairement à ce qui peut se passer sur notre sol.

Un triangle de trois satellites

Les trois engins spatiaux qui constitueront LISA seront placés sur des orbites formant une formation triangulaire dont le centre se trouve à vingt degrés derrière la Terre. Les côtés du triangle mesurent 5 millions de kilomètres [ndlr. l'illustration en tête d'article n'est pas à l'échelle].

Chaque engin spatial sera sur une orbite individuelle autour du Soleil, semblable à celle de la Terre: celles-ci sont choisies de manière à minimiser les changements de longueur des côtés du triangle. L'orbite héliocentrique offre un environnement particulièrement calme, essentiel pour contrôler les perturbations sur les masses d'essai définissant les bras de l'interféromètre.

Les distances de ces masses entre elles sont précisément mesurées afin que, si une onde gravitationnelle survient, il est possible de la détecter immédiatement avec grande précision: "Un héritage de la mission LISA-Pathfinder de l'ESA, à forte participation technologique suisse, dont le but était de voir si on était capable de mesurer suffisamment précisément la position d'une masse d'essai", remarque l'astrophysicien de l'Université de Genève, Stéphane Paltani, joint par téléphone par RTSinfo.

La cosmologiste Camille Bonvin, professeure à l'UNIGE, se réjouit des futures données en provenance de LISA: "On va utiliser ces ondes pour tester la théorie de la relativité générale, puisque la création et la propagation des ondes gravitationelles sont très sensible à la théorie de la gravitation. Et puis on peut aussi les utiliser pour étudier les grandes structures dans l'Univers, qui impactent la propagation des ondes", explique-t-elle par courrier électronique.

Remonter jusqu'au Big Bang

Pouvoir détecter ces ondes gravitationnelles qui voyagent sans perturbations pendant des milliards d'années rend possible de remonter à la première milliseconde du Big Bang, considéré comme la naissance de l'Univers, il y a 13,8 milliards d'années.

Stéphane Paltani, qui est aussi l'un des deux délégués de la Suisse au Comité du programme scientifique de l'ESA qui vient de donner le feu vert à LISA, espère pouvoir "détecter des pulsations de l'Univers qui datent d'extrêmement tôt après le Big Bang". Car, précise-t-il, "avec les observations avec la lumière, on est limité à approcher à à peu près à 400'000 ans après le Big Bang, parce que, tout à coup, la lumière ne peut plus se propager": l'Univers était alors opaque. "Les ondes gravitationnelles peuvent traverser complètement tout l'Univers, donc on espère voir des signaux qui datent de bien avant ce moment-là, les premières années après le Big Bang".

"C'est un domaine en pleine expansion, car les ondes gravitationelles nous ouvrent une fenêtre complètement nouvelle sur l'Univers, une manière complètement différente d'explorer l'Univers", ajoute Camille Bonvin.

>> Ecouter les explications complètes de l'astrophysicien Stéphane Paltani (UNIGE), cosmologiste et délégué de la Suisse au Comité du programme scientifique de l'ESA :

RTS

Un immense espoir naît: "Cela nous donnera des explications sur ce qui s'est passé au tout tout début, ce qui a été l'origine de ces fluctuations qui ont finalement donné lieu à la création des galaxies, des étoiles et, donc, des planètes", souligne Stéphane Paltani. Et d'affirmer que les ondes gravitationnelles sont le seul moyen de réaliser ces observations-là. L'astrophysique est totalement renouvelée par ce domaine: un moment comparable aux découvertes faites par Galilée au XVIIe siècle.

Plus de 120 institutions de recherche dans différents pays européens, dont l'EPFZ, le CSEM, l'Université de Zurich et celle de Genève, participent à la Laser Interferometer Space Antenna; les Etats-Unis participent aussi à cette grande aventure scientifique. Le lancement des trois satellites est prévu pour 2035.

Stéphanie Jaquet et l'ats