Sept ans après l’acceptation initiale du projet, le gouvernement indien a maintenant donné son feu vert pour la construction d’un détecteur d’ondes gravitationnelles à Hingoli, à environ 590 km à l’est de Mumbai, la capitale du Maharashtra. Cette nouvelle installation travaillera de concert avec les quatre autres instruments déjà implantés aux États-Unis, en Italie et au Japon.
Que sont les ondes gravitationnelles ?
Prédites pour la première fois par Albert Einstein en 1916 dans le cadre de sa théorie de la relativité générale, les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l’espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière. Elles sont produites par des événements cosmiques incroyablement violents comme la fusion de deux trous noirs ou encore la fusion de deux étoiles à neutrons. Au cours de ce processus, les ondes gravitationnelles se propagent dans toutes les directions à partir de la source, comprimant et étirant l’espace-temps à mesure qu’elles se déplacent. C’est pourquoi on parle d’ondulations.
Cela étant dit, les ondes gravitationnelles sont extrêmement difficiles à détecter en raison de leur faible amplitude. Seuls quatre instruments en sont capables actuellement. Deux installations jumelles, qui intègrent le programme LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), se trouvent dans l’État de Washington et en Louisiane, aux États-Unis. Elles sont d’ailleurs à l’origine de la première détection directe d’ondes gravitationnelles en février 2016. Celle-ci provenait de la fusion de deux trous noirs situés à environ 1,3 milliard d’années-lumière de la Terre. Un troisième détecteur, appelé Virgo, se trouve en Italie, tandis qu’un autre nommé Kamioka Gravitational-Wave Detector (KAGRA), est situé au Japon.
Comment fonctionnent ces détecteurs ?
Concrètement, ces interféromètres laser sont constitués de deux longs bras perpendiculaires (généralement de plusieurs kilomètres de long) et d’un faisceau laser. Le faisceau laser est divisé en deux faisceaux séparés qui se propagent le long de chaque bras. À l’extrémité de chaque bras, un miroir très réfléchissant renvoie le faisceau laser vers la source. Les deux faisceaux se recombinent et se dirigent vers un détecteur.
Lorsque les deux faisceaux se recombinent, ils interfèrent alors les uns avec les autres. En l’absence d’ondes gravitationnelles, les deux faisceaux sont en phase et l’interférence est telle qu’ils s’annulent mutuellement. À l’inverse, le passage d’ondes gravitationnelles provoque une légère compression et un étirement de l’espace-temps, modifiant ainsi la longueur des bras de l’interféromètre. Ces modifications de longueur sont extrêmement faibles, de l’ordre de 10^-18 m (un millième de la taille d’un noyau atomique). La modification de la longueur des bras provoque alors un décalage de phase entre les deux faisceaux laser lorsqu’ils se recombinent. Ce décalage de phase modifie l’interférence des faisceaux et crée un signal détectable sur le détecteur.
Un nouvel appareil en Inde
Un réseau de quatre détecteurs permet déjà de mieux quadriller le ciel, mais il y en aura bientôt un cinquième. Le 6 avril, le cabinet indien, présidé par le Premier ministre Shri Narendra Modi, a en effet approuvé une enveloppe de 26 milliards de roupies (287 millions d’euros) pour entamer la construction d’un nouvel observatoire des ondes gravitationnelles dans l’État occidental du Maharashtra. L’installation, qui fonctionnera en tandem avec quatre autres, devrait être opérationnelle d’ici 2030.
LIGO-India, approuvée pour la première fois en 2016, sera un effort conjoint entre trois instituts de recherche indiens et le California Institute of Technology (Caltech) et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) qui exploitent ensemble les détecteurs américains LIGO.
