L’Agence spatiale européenne (ESA) vient de franchir une étape cruciale en approuvant officiellement la mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Il s’agit de la première initiative scientifique visant à détecter et étudier les ondes gravitationnelles depuis l’espace. Cette approbation marque la reconnaissance que le concept et la technologie de la mission sont suffisamment avancés pour passer à la phase de construction des instruments et du vaisseau spatial, prévue pour débuter en janvier 2025 après la sélection d’un entrepreneur industriel européen.
Que sont les ondes gravitationnelles ?
Les ondes gravitationnelles sont des perturbations dans le tissu même de l’espace-temps générées par des mouvements asymétriques d’objets massifs. Selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, ces ondes se propagent à la vitesse de la lumière et résultent de changements dans la distribution de la masse et de l’énergie dans l’Univers.
Ces ondes transportent des informations précieuses sur l’événement lui-même, qu’il s’agisse d’une collision de deux trous noirs ou de la fusion de deux étoiles à neutrons, telles que la masse des objets impliqués, leur distance, leur vitesse et d’autres caractéristiques.
Cependant, les ondes gravitationnelles sont extrêmement subtiles et difficiles à détecter. Des instruments sensibles, tels que les interféromètres laser, sont donc nécessaires pour capter ces variations minuscules depuis le sol.
La première observation directe des ondes gravitationnelles a été réalisée en 2015 par les détecteurs LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) aux États-Unis. Ces ondes avaient été produites lors de la fusion de deux trous noirs. Depuis lors, plusieurs autres détections ont été effectuées, contribuant à une nouvelle ère de l’astronomie où les astronomes peuvent « écouter » l’Univers en utilisant les ondes gravitationnelles en complément de l’observation traditionnelle par la lumière électromagnétique.
LISA pour opérer depuis l’espace
Désormais, avec la mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), l’ESA vise à détecter les ondes gravitationnelles depuis l’espace. Cette mission repoussera ainsi les limites de ce domaine d’étude en permettant l’observation d’événements encore plus massifs et éloignés. Elle pourrait également permettre la capture des premières ondes gravitationnelles issues des premiers instants de l’Univers.
Notez que LISA ne sera pas un simple vaisseau spatial, mais plutôt une constellation de trois vaisseaux spatiaux. Ces derniers suivront la Terre sur son orbite autour du Soleil en formant un triangle équilatéral extrêmement précis dans l’espace. Chaque côté mesurera 2,5 millions de kilomètres. Cette configuration permettra aux vaisseaux spatiaux de s’échanger des faisceaux laser sur cette distance.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Dans le détail, chaque vaisseau spatial de la constellation sera équipé d’un ensemble de deux masses de test en or et en platine qui flottent librement dans un boîtier spécial. Ces masses de test sont des cubes légèrement plus petits que les cubes de Rubik. Lorsque des ondes gravitationnelles passent à travers l’espace-temps, elles provoquent de minuscules variations dans les distances entre ces masses.
Les vaisseaux de la constellation échangeront des faisceaux laser entre eux sur la distance du triangle équilatéral. Ces faisceaux laser seront alors utilisés pour mesurer les variations infimes dans les distances entre les masses de test. Ces variations, causées par le passage d’ondes gravitationnelles, seront extrêmement subtiles, de l’ordre de quelques milliardièmes de millimètres.
Les caractéristiques des ondes gravitationnelles, telles que leur fréquence, leur amplitude et leur durée, pourront également être déduites des variations mesurées dans l’interférométrie laser. Ces informations fourniront des détails cruciaux sur les événements cosmiques qui ont généré les ondes gravitationnelles.
Le lancement de ces trois vaisseaux spatiaux est prévu pour 2035 à bord d’une fusée Ariane 6. Une fois en place, la mission LISA, sélectionnée dans le cadre du programme Cosmic Vision 2015-2025 de l’ESA, contribuera ainsi à répondre à des questions fondamentales sur les lois physiques de l’Univers, ainsi que sur ses origines et sa composition.
