Einstein Telescope: le détecteur d'ondes gravitationnelles de troisième génération

Publié par Redbran le 11/09/2020 à 13:00
Source: CNRS IN2P3
Le consortium Einstein Telescope a déposé le 9 septembre une proposition officielle auprès du European Strategic Forum for Research Insfrastructures (ESFRI) pour qu'il intègre à l'occasion de la mise à jour 2021 de sa feuille de route des très grandes infrastructures européennes, la construction du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille...) à ondes gravitationnelles de troisième génération "Einstein Telescope" (ET).

Ce nouvel instrument scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) majeur repose sur l'expérience acquise avec les détecteurs actuels de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) génération, dont fait partie Virgo, télescope à ondes gravitationnelles européen installé à proximité de Pise en Italie. Comme ses prédécesseurs, ET fera donc appel à des interféromètres lasers géants pour détecter les infimes soubresauts de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé...), autrement dit les ondes gravitationnelles. Il en comptera trois, longs de 10 km et organisés en triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de « triangle » est justifiée par la présence de trois...), à comparer à Virgo qui en utilise un unique, long de 3 km. Autres différences notables, ET sera souterrain pour s'affranchir du bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) sismique de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) et les miroirs seront refroidis à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) cryogénique pour réduire les vibrations thermiques.


Einstein télescope sera dix fois plus sensible que le détecteur Virgo. Il pourra percevoir des ondes gravitationnelles d'événements s'étant produits durant les premières centaines de millions d'années de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), à l'époque de l'âge sombre quand aucune étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) ne s'était encore formée. Image: Consortium Einstein Telescope

Voir jusque dans l'âge sombre de l'univers

La configuration choisie confère au télescope une sensibilité 10 fois plus grande que la génération actuelle d'instruments. Un bond exceptionnel qui devrait se traduire par la détection de plusieurs centaines de milliers d'événements par an, contre quelques dizaines actuellement et par une portée totalement inédite pour la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) moderne. ET sera en mesure de détecter les événements les plus lointains de l'univers, y compris ceux qui auraient pu se produire au cours de son âge sombre, dans les toutes premières centaines de millions d'années de sa formation, quand la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) n'était pas encore suffisamment condensée pour former des étoiles. L'instrument promet ainsi de faire des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) cruciales pour la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) et la compréhension de l'évolution passée de l'univers.

Einstein Telescope doit aussi intégrer une batterie d'innovations destinées à améliorer la qualité du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) et éliminer toujours plus efficacement les bruits parasites de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) terrestre. Ses données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) seront beaucoup plus fines et détaillées ouvrant la voie à des études de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) inédites. Comme effectuer des tests nouveaux de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels...) ou de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) de la gravité quantique (La gravité quantique est la branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale.), à proximité de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique,...) des trous noirs, là où le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel atteint des valeurs extrêmes. Etudier les propriétés de la matière lorsqu'elle est soumise aux conditions de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) extrêmes des étoiles à neutrons. Ou encore, étudier la physique à l'oeuvre dans les explosions en supernovas des étoiles. Einstein Telescope couvrira aussi une large bande de fréquences, du hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à une oscillation par seconde (s-1 ou 1⁄s).) à la dizaine de kilohertz, pour capter la plus grande variété d'événements possibles, depuis la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la...) d'étoiles à neutrons jusqu'à la fusion de trous noirs de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) intermédiaire.

Un démarrage espéré en 2035

Les promoteurs du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) Einstein Telescope espèrent démarrer la construction en 2026 après une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de 5 ans pendant laquelle sera étudié le choix du site. Deux candidats sont actuellement sur les rangs. Un premier dans l'Euregio Meuse-Rhin, zone transfrontalière de coopération européenne partagée par la Belgique, les Pays-Bas et l'Allemagne, et un second site en Sardaigne (La Sardaigne (en italien : Sardegna et en langue sarde normalisée : Sardigna) est une île de la Méditerranée occidentale, située à l'ouest de la péninsule...) (Italie). Le centre opérationnel de l'infrastructure sera quant à lui assuré depuis l'Observatoire gravitationnel européen (EGO) qui héberge déjà le détecteur Virgo à Cascina en Italie. Cet observatoire est financé par le Centre national de la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) (CNRS) en France, l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie et Nikhef aux Pays-Bas. En s'appuyant sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) des développements effectués sur Virgo, Einstein Telescope permettra à l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) de garder un leadership dans ce domaine. Le démarrage de l'instrument est espéré pour 2035.


Einstein Télescope sera enterré pour ne pas être exposé au bruit sismique de surface. Sa configuration en triangle permet de loger 3 interféromètres dotés de deux bras de 10 kilomètres de long dans lesquels voyagent les faisceaux lasers. Le passage d'une onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des...) se mesure en comparant le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de vol des lasers dans les deux bras de l'interféromètre. Image: Marco Kraan, Nikhef

A propos du consortium Einstein Telescope:

Le consortium Einstein Telescope regroupe 40 universités et institutions de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) de 10 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas...) européens: Allemagne, Belgique, Royaume-Uni, Espagne, France, Hongrie, Italie, Norvège, Pologne et Suisse.

En savoir plus:
- Lien vers le communiqué Einstein Telescope: http://www.et-gw.eu/index.php/news
- Lien vers le site d'Einstein Telescope: http://www.et-gw.eu/
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