La mission LISA (Ondes gravitationnelles) nettement approuvée par le National Research Council Américain

Les faits

Hanovre (Allemagne) & Pasadena (Californie, USA) : Le NRC des Etats Unis a fortement recommandé LISA (Antenne Gravitationnelle Interférométrique Spatiale) comme devant être l’une des deux principales missions spatiales à venir de la NASA. Le début est prévu en 2016 en collaboration avec l’ESA (Agence Spatiale Européenne). LISA étudiera l’Univers par un canal différent des autres observatoires spatiaux, à savoir le rayonnement gravitationnel. La recommandation a été annoncée aujourd’hui (Vendredi 13 Août) , lors d’une conférence de presse au centre Keck de l’Académie Nationale à Washington.

Dans la revue « Astro2010 » qui vient d’aboutir, un comité d’experts était réuni pour examiner la prochaine décennie, et établir des priorités dans les activités de recherche dans les domaines de l’Astrophysique et de l’Astronomie, ainsi qu’à l’interface de ces disciplines avec la physique. La revue a recommandé LISA principalement en raison des retours que l’observation des ondes gravitationnelles dans l’espace promet sur des questions scientifiques cruciales concernant l’aube du Cosmos et la physique de l’Univers.

Quelques réactions de la communauté scientifique autour de LISA

« Nous sommes très heureux de ce que les occasions de recherches révolutionnaires en astronomie et astrophysique que LISA permettra aient été reconnues par le NRC » dit Tom Prince, Professeur de Physique au California Institute of Technology (Caltech), « senior research scientist » au JPL (Jet Propulsion Laboratory), et Président (« chair ») américain du comité scientifique international de LISA (LIST). [NB : Des chercheurs de nombreux pays Européens prennent part à LISA comme membres de ce comité, ou de la (plus large) communauté scientifique internationale de LISA]. « Nous attendons le dévoilement d’une nouvelle fenêtre sur l’Univers par l’observation de milliers de sources de rayonnement gravitationnel » ajoute Tom Prince.

« Cette recommandation ajoutée à notre réputation d’excellence dans la communauté scientifique nous encourage énormément. Avec LISA, nous allons mettre en oeuvre un moyen entièrement original d’observer l’Univers, avec un potentiel immense pour élargir notre compréhension de la physique et de l’astronomie dans des domaines imprévus » dit Karsten Danzmann, « chair » Européen du LIST.

« Dans le passé, il a été parfois difficile de convaincre les astronomes de l’importance de l’astronomie par ondes gravitationnelles », observe Marcia Rieke, professeur d’astronomie à l’Université de l’Arizona, et « vice-chair » du sous-comité d’Astro2010 pour les programmes. « Le classement de LISA signifie que les astronomes reconnaissent maintenant les opportunités que LISA offre pour étudier l’Univers d’une façon nouvelle, par le rayonnement gravitationnel » ajoute-t-elle.

« Le dossier scientifique de LISA s’est enrichi au cours dees dix dernières années. Du côté expérimental, la situation est similaire : ce qui était concept avancé en métrologie est devenu technologie éprouvée et fiable » déclare Scott Hughes, membre du LIST , Professeur Associé de physique au MIT (Massachusetts Institute of Technology).

« Depuis treize ans que je suis impliqué dans LISA, sa technologie et l’évaluation de son potentiel scientifique ont progressé au-delà de mes rêves les plus fous » s’enthousiasme Sterl Phinney, professeur de physique théorique au Caltech, « co-chair » du groupe de travail sur les sources et sur l’nalyse des données du LIST, et « chair » de l’équipe initiale de définition de la mission. « Je m’attends à ce que la précision des mesures nous dise si les trous noirs géants qui gisent au centre des galaxies obéissent vraiment aux lois de la théorie de la Relativité Générale d’Einstein, et le cas échéant, si nos idées sur leur évolution sont correctes ».

« Cette forte approbation venant des meilleurs astronomes Américains, est maintenant officielle : LISA a l’avenir d’un des observatoires astronomiques les plus importants de notre temps » déclare Bernard Schutz, Directeur de l’Institut Max Planck pour la Physique Gravitationnelle (Institut Albert Einstein / AEI) de Potsdam en Allemagne, « co-chair » du groupe de travail sur les sources et le traitement des données du LIST. « Quand LISA a été adopté par l’ESA en 1995, c’était parce que l’observation d’ondes gravitationnelles allait nous donner un puissant instrument de test pour les fondements de la Gravitation, de la théorie d’Einstein et de toutes ses prédictions » ajoute B. Schutz. « Depuis quinze ans, les astronomes se sont rendu compte que LISA peut ouvrir des chapitres cachés de l’histoire de l’Univers par l’écoute des ondes émises par les toutes premières étoiles, les trous noirs les plus précoces, et par les étoiles les plus vieilles existantes. En observant comment les ondes des trous noirs initiaux sont distordues au cours de leur propagation vers nous à travers l’Univers en expansion, LISA pourra même permettre l’étude de cette mystérieuse énergie noire ».

Quelques données sur LISA et les ondes gravitationnelles

LISA est conçu pour être complémentaire des observatoires terrestres comme LIGO (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory, USA) ou Virgo (Collaboration France/Italie/Hollande/Hongrie/Pologne) et GEO600 (Allemagne/Royaume Uni), qui sont actuellement en fonction pour détecter des signaux gravitationnels. Ces instruments observent des ondulations dans la géométrie de l’Espace-Temps causées par des évènements violents comme la coalescence de trous noirs. Ces évènements apportent de l’information sur leur origine et sur la nature de la gravitation, informations qui ne peuvent être obtenues par les outils astronomiques classiques. L’existence du rayonnement gravitationnel est une conséquence de la théorie de la Relativité Générale, due à Albert Einstein en 1916.

L’instrument LISA consistera en trois stations formant une constellation triangulaire de cinq millions de km de côté (12.5 fois la distance Terre-Lune), en orbite autour du Soleil, et suivant la Terre avec une vingtaine de jours de retard. Les ondes gravitationnelles provenant de toutes les sources de l’Univers produiront de petites variations dans les longueurs des côtés. L’amplitude de ces variations sera de l’ordre de dix picomètres (dix millionièmes de millionième de mètre), une longueur plus courte que le diamètre de l’atome le plus petit. LISA détectera ces mouvements – et mesurera ainsi les amplitudes gravitationnelles – en utilisant des liens optiques (laser) pour mesurer les déplacements relatifs de masses d’épreuve (alliage or/platine) en chute libre à l’intérieur des stations. LISA devrait être lancé au début des années 2020.

LISA observera le rayonnement gravitationnel dans la bande des basses fréquences (0.1 milliHertz à 1 Hertz), inaccessible aux interféromètres terrestres comme LIGO, Virgo ou GEO600, qui sont sensibles à partir de 10 Hertz.

Comme les ondes gravitationnelles sont analogues à des rides courant sur la courbure de l’espace, et comme LISA recevra simultanément des ondes venant de dizaines de sources de toutes directions, l’instrument se compare plus volontiers à un microphone sensible dans le domaine acoustique, qu’à un télescope ou une caméra prenant une image. Cette nouvelle façon d’observer nous renseignera directement sur les mouvements de masses par ailleurs invisibles, ce qui complétera les observations astronomiques traditionnelles, qui captent uniquement les émissions des atomes.

Les Agences et le projet

Aux Etats-Unis, le projet LISA est dirigé par le Goddard Space Flight Center (NASA), en association avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL), animé par le Caltech pour la NASA. En Europe, le projet est dirigé par l’ESA, en collaboration avec différents groupes européens Allemands, Britanniques, Français, Italiens, et un groupe Suisse.

La technologie de LISA sera d’abord testée dans l’espace par la mission LISA Pathfinder de l’ESA en 2013. Il y aura notamment un test rigoureux d’un élément central de la technologie de LISA : le vol en compensation de traînée. Dans ce régime, l’enveloppe de la station protège les masses d’épreuve des différentes sources extérieures de perturbation et mesure continument sa position relative à ces masses pour rester dans la bonne position et garantir leur chute libre. « LISA Pathfinder est en bonne voie, et la plupart de ses composants sont livrés pour le vol. A la fin de 2013, Pathfinder montrera que la technologie de pointe réclamée par LISA est prête pour un lancement » selon Stefano Vitale, Professeur de physique à l’Université de Trente (Italie) et responsable de LISA Pathfinder

Links: astro2010 decadal survey website; pre-publication report.