Le projet européen d’un nouveau détecteur d’ondes gravitationnelles gigantesque franchit une étape | La science
Avec sa nouvelle conception triangulaire souterraine, le télescope européen Einstein serait un observatoire des ondes gravitationnelles pas comme les autres.
ÉQUIPE DE CONCEPTION ET CONCEPTUELLE
Par Adrien Cho
C’est loin d’être une affaire conclue, mais les plans des physiciens européens pour construire un énorme nouvel observatoire des ondes gravitationnelles avec une conception radicale ont reçu un coup de pouce cette semaine. Le Forum stratégique européen sur les infrastructures de recherche (ESFRI), qui conseille les gouvernements européens sur les priorités de recherche, a ajouté l’observatoire de 1,9 milliard d’euros, appelé Einstein Telescope, à une feuille de route de grands projets scientifiques prêts à progresser. Les développeurs espèrent que cette décision leur donnera la validation politique nécessaire pour transformer l’idée du télescope Einstein en un projet.
« Ce n’est pas une promesse de financement, mais cela montre l’intention claire de poursuivre cet objectif », a déclaré Harald Lück, physicien des ondes gravitationnelles à l’Université Leibniz de Hanovre et à l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle et coprésident du télescope Einstein. Comité d’organisation. « C’est plus un engagement politique.
Les physiciens américains des ondes gravitationnelles ont également salué l’annonce, car ils pensent que cela pourrait renforcer leurs plans de construction d’une paire de détecteurs encore plus gros que le télescope Einstein dans un projet appelé Cosmic Explorer. « Aux États-Unis, je pense que l’élan va commencer à prendre forme », déclare David Reitze, directeur exécutif du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) et physicien au California Institute of Technology.
Les détecteurs d’ondes gravitationnelles détectent de minuscules ondulations fugaces dans l’espace lui-même lorsque des objets astrophysiques massifs, tels que des trous noirs, tourbillonnent ensemble et entrent en collision. Au cours des 5 dernières années, les scientifiques ont repéré des dizaines de paires de trous noirs fusionnant, les champs gravitationnels fantomatiques superintense laissés lorsque des étoiles massives s’effondrent en des points infinitésimaux, en spirale ensemble. Ils ont également repéré les ondes gravitationnelles – et l’explosion spectaculaire – déclenchées par la fusion d’une paire d’étoiles à neutrons plus petites, les cadavres ultradenses d’étoiles de poids moyen qui brûlent et explosent. Cette semaine, des chercheurs ont annoncé avoir détecté à deux reprises des ondes gravitationnelles provenant d’un trou noir avalant une étoile à neutrons.
Pour détecter les ondes gravitationnelles, les physiciens utilisent de gigantesques dispositifs optiques en forme de L appelés interféromètres. Ils utilisent la lumière laser pour comparer les longueurs du bras d’un interféromètre avec une précision exquise et recherchent des preuves que l’espace s’étend davantage dans une direction que dans l’autre. Aux États-Unis, LIGO se compose de deux interféromètres en Louisiane et dans l’État de Washington, chacun avec des bras de 4 kilomètres de long. En Italie, le détecteur européen Virgo a des bras de 3 kilomètres de long.
Mais les scientifiques veulent des interféromètres encore plus gros et plus sensibles. LIGO et Virgo peuvent détecter les fusions de trous noirs à plus de 10 milliards d’années-lumière. Mais si les scientifiques disposaient de détecteurs 10 fois plus sensibles, ils pourraient repérer des fusions de trous noirs jusqu’au bord de l’univers observable, à 45 milliards d’années-lumière. Pour atteindre une telle sensibilité, Cosmic Explorer consisterait en un ou plusieurs interféromètres en forme de L avec des bras de 40 kilomètres. En revanche, le télescope Einstein serait un triangle équilatéral souterrain abritant un total de six interféromètres en forme de V (deux dans chaque coin) avec des bras de 10 kilomètres.
Les physiciens aux États-Unis et en Europe espèrent tous deux construire les détecteurs d’ici le milieu des années 2030. L’inclusion dans la feuille de route de l’ESFRI est une première étape clé vers la réalisation du télescope Einstein, déclare Michele Punturo, physicien et directeur de recherche à l’Institut national italien de physique nucléaire et coprésident du comité directeur du télescope Einstein. Au cours des 3 ou 4 prochaines années, les développeurs du télescope Einstein étofferont leur conception conceptuelle existante pour l’observatoire dans un rapport de conception technique plus détaillé, a déclaré Punturo. Plus important encore, dit-il, ils entameront le processus d’élargissement de la collaboration internationale pour soutenir le projet. Actuellement, l’équipe du télescope Einstein reçoit le soutien de la Belgique, de l’Italie, des Pays-Bas, de la Pologne et de l’Espagne.
En fait, selon Punturo, l’ESFRI existe parce que le gouvernement central européen, la Commission européenne, ne dispose d’aucun mécanisme par défaut pour organiser et financer de tels grands projets internationaux. (L’Agence spatiale européenne, l’Observatoire européen austral et le CERN, le laboratoire européen de physique des particules, ont leurs propres structures organisationnelles uniques, mais aucun d’entre eux n’a l’expertise scientifique nécessaire pour construire un observatoire des ondes gravitationnelles.) Donc ESFRI, qui est géré par le Conseil européen et composé de représentants des agences nationales de financement scientifique, vise à aider à définir les priorités pour les grandes installations internationales en Europe.
Cependant, il appartient à l’équipe du télescope Einstein de développer l’organisation qui soutiendra le projet, a déclaré Punturo. Par exemple, dit-il, l’organisation pourrait être calquée sur celle du CERN. L’imprimatur de l’ESFRI sera vital pour obtenir le soutien et le financement de chaque pays, dit-il. « La feuille de route ESFRI ouvre la phase préparatoire qui doit effectuer toutes les étapes techniques, juridiques et financières afin d’arriver au point où nous pouvons dire : « OK, nous sommes prêts à continuer. »
« Construire une communauté est certainement une partie importante de la conception des installations », déclare Jocelyn Read, physicien des ondes gravitationnelles et membre du LIGO à la California State University, Fullerton. Elle note que la poussée pour construire la prochaine génération de détecteurs d’ondes gravitationnelles est moins une compétition qu’une collaboration : « Cosmic Explorer et Einstein Telescope feraient la meilleure science en travaillant ensemble. »