article de Didier Jamet
30 NOVEMBRE 2001
Connaissez vous LISA ? Non ? À vrai dire, ce n’est encore qu’un projet. Mais si cette antenne interféromètrique spatiale à télémétrie laser venait à voir le jour, elle pourrait littéralement révolutionner notre façon de percevoir l’Univers.
En 2015, si tout marche comme prévu, elle sera offerte à la communauté scientifique pour fêter les 100 ans de la théorie de la relativité générale. Son but : détecter des ondes gravitationnelles, ces vagues d’espace-temps prédites par la théorie d’Einstein.
Les ondes gravitationnelles font sentir leurs effets en allongeant la matière qu’elles traversent, de façon infime et fugitive. Par exemple, lorsque l’une d’entre elles, de basse fréquence, traverse notre planète, elle ne fait varier le diamètre du globe (12700 kilomètres) que de moins d’un milliardième de millimètre… En admettant que les scientifiques soient un jour en mesure de détecter sur Terre un si petit écart sur une si grande distance, l’activité sismique propre à notre planète réduirait à néant la certitude d’avoir bien détecté une onde gravitationnelle.
Pour s’affranchir de cette contrainte, une seule solution : envoyer le détecteur dans l’espace. C’est tout l’enjeu du projet LISA, qui n’aura pas trop des 13 ans à venir pour triompher des nombreux défis technologiques qu’il lui faudra relever.
Le principe : Expédier 3 satellites en orbite autour du soleil, tout en les disposant chacun aux sommets d’un triangle équilatéral de… 5 millions de kilomètres de côté. Sur une aussi grande longueur, le passage d’une onde gravitationnelle de basse fréquence devrait engendrer une fluctuation significative de la distance entre les satellites, mesurable par les lasers embarqués. Reste bien sur à stabiliser les distances entre les satellites avec une précision jamais atteinte, ce qui suppose de compenser par exemple la pression du vent solaire et autres influences parasites.
Petits effets, grandes causes
Mais au fait, pourquoi mettre en œuvre de si grands moyens pour détecter des ondes aux effets si négligeables ? L’intérêt des scientifiques pour les ondes gravitationnelles tient à la nature des astres qui les produisent, très difficilement observables dans le domaine électromagnétique. Les trous noirs, par exemple, sont typiquement des objets inobservables dans le visible, puisqu’ils absorbent toute la matière les environnant, y compris la lumière. En revanche, ce sont de puissants émetteurs d’ondes gravitationnelles, et ces dernières peuvent nous révéler enfin le mystère des conditions physiques extrêmes qui y règnent.
En vérité, on tient là une opportunité sans précédent d’ouvrir une nouvelle fenêtre sur l’univers, et même de remonter jusqu’à ses premiers instants.
Dans le cadre des travaux préparatoires à la mission LISA, trois astronomes ont tenté d’estimer le nombre de sources d’ondes gravitationnelles que LISA serait en mesure de détecter dans les amas globulaires. Ces derniers abritent un grand nombre de couples d ‘étoiles dont les membres présentent une masse suffisante pour émettre des ondes gravitationnelles. Ceux-ci peuvent être des naines blanches, des étoiles à neutrons, ou encore des trous noirs. Un certain nombre ont été détectés grâce à leurs émissions en rayons X, radio ou ultraviolet, mais la plupart sont probablement restés invisibles jusqu’à ce jour et ne pourront être mis en évidence que par leur rayonnement gravitationnel.
À titre d’exemple, on a détecté en radio dans l’amas globulaire 47 Toucan une vingtaine de pulsars millisecondes, alors que les modèles d’évolution dynamique des amas permettent d’estimer leur nombre réel à plus de 1000.
Dans la configuration actuellement prévue, LISA devrait être en mesure de sonder efficacement 90 % des amas globulaires de notre galaxie. Les informations alors recueillies sur la population réelle de systèmes binaires massifs au sein des amas seront précieuses pour préciser les modèles d’évolution des étoiles binaires, ainsi que la dynamique générale des amas.
Sources : ESA, Université du Montana, M.I.T.
