La recherche d’ondes gravitationnelles devrait reprendre après les revers du COVID-19

Republié par Platon

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Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo en Italie — De nouveau opérationnel : le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo en Italie (avec l'aimable autorisation : The Virgo collaboration/CCO 1.0)

La collaboration LIGO-Virgo-KAGRA a annoncé que la recherche des ondes gravitationnelles va reprendre en mai. La prochaine campagne d’observation – la quatrième du projet – devait démarrer l’année dernière mais a été reportée en raison d’une série de retards techniques résultant de la pandémie de COVID-19. Ce projet sera le plus long à ce jour, avec une durée de 18 mois.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles sont des interféromètres en forme de L dotés de bras longs de plusieurs kilomètres. Des faisceaux laser sont envoyés le long de chaque bras puis rebondissent sur des miroirs, appelés masses de test. Les faisceaux sont ensuite recombinés au centre de l'interféromètre, produisant un motif d'interférence qui s'annule lorsqu'il est parfaitement aligné. Les instruments sont donc sensibles aux infimes changements de longueur provoqués par le passage des ondes gravitationnelles.

LIGO a connu un énorme succès, repérer sa première onde gravitationnelle en 2016 à la suite d’une fusion binaire de trous noirs. Depuis lors, 92 autres détections ont été effectuées au cours de trois campagnes d'observation. L’essai d’observation 3 était censé durer 12 mois jusqu’à fin avril 2020, mais s’est terminé le 27 mars 2020 lorsque la pandémie a commencé.

Les détecteurs LIGO et Virgo ont ensuite subi une série d’améliorations de sensibilité, notamment des moyens de supprimer le « bruit quantique » dans le détecteur. "[Cela] limite la sensibilité des détecteurs d'ondes gravitationnelles à la fois à basse fréquence, sous forme de bruit de pression de rayonnement, et à haute fréquence, sous forme de bruit de comptage de photons", explique Alexandre Bertolini de l'institut Nikhef d'Amsterdam, qui travaille sur le développement de détecteurs.

Les améliorations devraient doubler la sensibilité des détecteurs à fusion d'étoiles à neutronss. Alors que des ondes gravitationnelles avaient été détectées presque chaque semaine lors de la précédente campagne d'observation, de tels événements devraient désormais être détectés chaque jour.

Trois est une foule

En plus de présenter Virgo et LIGO, le détecteur japonais KAGRA rejoindra également la prochaine série. KAGRA, qui est situé sous une montagne au centre du Japon, est devenu opérationnel en 2019 et a rejoint la course précédente en février 2020 avant qu’elle ne soit interrompue en raison de la pandémie.

Bien que KAGRA soit actuellement moins performant que Virgo et LIGO pour détecter les ondes gravitationnelles, sa sensibilité s'améliorera également bientôt grâce aux mises à niveau des détecteurs. KAGRA fonctionnera pendant un mois au cours de la prochaine période avant d'être arrêté pour des améliorations. On espère que KAGRA rejoindra les observations pendant au moins trois mois l'année prochaine.

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"Nous espérons réaliser notre première détection d'ici la fin du prochain cycle", porte-parole de KAGRA. Jun'ichi Yokoyama de l'Université de Tokyo a déclaré Monde de la physique. "La mesure dans laquelle notre participation contribuera à la science obtenue par l'ensemble du réseau dépend de manière cruciale de la sensibilité que nous atteindrons d'ici la fin de l'essai, ce à quoi il est difficile de répondre à ce stade."

Après la quatrième période d'essai, les détecteurs LIGO et Virgo devraient subir de nouvelles améliorations, notamment en ce qui concerne les revêtements utilisés sur les miroirs. « Les nouveaux revêtements sont actuellement encore en phase de développement », explique Bertolini. « [L'exécution à venir] permettra d'augmenter la production scientifique pendant que la conception du revêtement est finalisée et que les nouvelles masses d'essai sont préparées pour l'exécution suivante. » Le nouveau revêtement devrait être prêt pour la cinquième période d’observation, qui débutera en 2026.