dimanche 4 décembre 2016

Retour de LIGO dans la chasse aux ondes gravitationnelles


Après de long mois d'arrêt pour améliorer ses détecteurs et ses sous-systèmes, le détecteur d'ondes gravitationnelles LIGO vient, le 30 novembre, de revenir en traque de nouvelles fusions de trous noirs et pourquoi pas de fusions d'étoiles à neutrons..




LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) avait été arrêté  au printemps dernier, peu de temps après l'annonce de l'observation d'une deuxième fusion de trous noirs et de forts indices d'un troisième, resté lui au stade de "candidat". Cet arrêt a été mis à profit pour améliorer de nombreux sous-systèmes des deux détecteurs jumeaux américains, dans l'optique de les rendre encore plus sensibles, et donc détecter des signaux plus faibles, ou venant de plus loin. Ces améliorations ont concerné les lasers, l'électronique et les optiques. Les scientifiques de la collaboration estiment avoir obtenu un gain de sensibilité de l'ordre de 10 à 25%, ce qui n'est pas négligeable du tout.
On se souvient que le 14 septembre 2015, la première détection directe d'ondes gravitationnelles de l'histoire avait eu lieu seulement 2 jours après le démarrage des machines... A l'heure où j'écris ces lignes, des physiciens américains (et européens) sont donc peut-être déjà en train de faire la fête..
Puis le second événement reconnu comme tel était arrivé le 26 décembre 2015. Les deux fusions étaient situées respectivement à 1,3 et 1,4 milliards d'années-lumière. 
Avec les améliorations techniques apportées, LIGO devrait pouvoir explorer une zone plus lointaine encore et donc détecter des fusions d'objets compacts avec une plus grande fréquence.
La fusion de deux étoiles à neutrons devrait être accessible et être extrêmement intéressante. 
Ces améliorations portent sur différents sous-systèmes pour les deux interféromètres. Celui de Livingston, en Louisiane, a vu de nouveaux composants dans son système de production de vide ainsi sur les systèmes de suspension des masses-test qui avaient une tendance à produire des modes d'oscillations empêchant la sensibilité optimale. Sur l'interféromètre de Hanford (Etat de Washington), c'est principalement la puissance du laser qui devait être augmentée, passant de 100 kW par bras interférométrique à 200 kW. Mais l'augmentation de puissance a posé d'autres problèmes, thermiques et optomécaniques. Les ingénieurs n'ont ainsi pas pu monter la puissance à plus de 30% de plus que celle du premier run de 2015-2016. Mais cette amélioration devrait tout de même permettre une meilleure sensibilité pour les ondes gravitationnelles de fréquence supérieure à 100 Hz, d'après les chercheurs.
Les premières évaluations montrent que le détecteur de Livingston est désormais sensible à la fusion d'un couple d'étoiles à neutrons jusqu'à une distance de 200 millions de parsecs (660 millions d'années-lumière), soit 25% plus loin que lors du run 1. Celui de Hanford n'augmente cette distance qu'au mieux de 10% par rapport au premier run.
Comme le volume d'Univers exploré varie comme la distance au cube, on comprend vite que quelques dizaines de pourcents gagnés en distance signifie un nombre d'événements potentiels qui augmente très vite, au cube, donc une fréquence de détection vite supérieure à ce qu'elle était fin 2015. Un gain de 25% en distance produit un gain de volume d'un facteur 1,95.
Les physiciens de LIGO, même si ils souhaitent évidemment détecter de nombreuses autres fusions de trous noirs, espèrent beaucoup détecter des fusions d'étoiles à neutrons, qui ne montrent pas tout à fait la même signature d'ondes gravitationnelles. On sait que de tels phénomènes doivent exister mais on ne connaît pas quelle est leur prévalence.
Les fusions d'étoiles à neutrons sont d'un intérêt extrême notamment du fait que l'on estime que c'est le processus qui est à l'origine de la production et de la dispersion des éléments les plus lourds que l'on connaisse comme l'uranium.
Quant à l'interféromètre européen Advanced VIRGO, il devrait lui aussi revenir en fonction d'ici quelques semaines après avoir été grandement amélioré depuis plusieurs années. Les trois interféromètres seront évidemment associés pour toujours plus de données et une meilleure localisation des sources dans le ciel...

Ce nouveau run de LIGO devrait durer six mois seulement, avant de procéder à une nouvelle mise à niveau encore plus importante pour un gain de sensibilité toujours plus grand. 

Source : MIT

Illustration : L'interféromètre LIGO de Livingston (Caltech/MIT/LIGO Lab)