Ligo et Virgo : une nouvelle campagne d’écoute du cosmos

Après une longue pause pour améliorer leurs instruments, les interféromètres laser géants repartent en chasse d’ondes gravitationnelles. De nouveaux types de sources sont au programme. Marie-Anne Bizouard fait le point sur cette campagne.

accompagné de plusieurs problèmes. Par exemple, Ligo a dû changer des miroirs dont le revêtement chau ait de façon non uniforme.

Qu’est-ce qu’un interféromètre laser géant ?

Ce type de détecteurs est conçu pour traquer les ondes gravitationnelles, ces vibrations du tissu de l’espace-temps émises par des sources très particulières comme des systèmes binaires d’objets compacts (trous noirs ou étoiles à neutrons). Dans ce détecteur, un laser est divisé en deux faisceaux qui se propagent perpendiculairement dans deux bras de plusieurs kilomètres. Ils se réfléchissent sur des miroirs aux extrémités des bras et reviennent au point de départ, où ils interfèrent. Une onde gravitationnelle trahit son passage dans le détecteur en altérant la figure d’interférence.

Le 24 mai dernier, les équipes des interféromètres Ligo (aux États-Unis), Virgo (en Italie) et Kagra (au Japon) ont commencé une nouvelle campagne de prise de données dite « O4 », après trois ans de mise à jour pour augmenter leur sensibilité.

En quoi ont consisté ces améliorations ?

Pour réduire le bruit quantique qui domine à haute fréquence et qui est lié aux fluctuations de l’état fondamental de la lumière (vide quantique), nous utilisons une technique de « compression » de la lumière. Mais cette technique a un inconvénient. À cause du principe d’incertitude d’Heisenberg, le gain sur le « bruit de grenaille » à haute fréquence se traduit par une augmentation du bruit de pression de radiation : les fluctuations quantiques de la force avec laquelle les photons frappent les miroirs sont plus grandes, ce qui dégrade la sensibilité à basse fréquence. Pour O4, nous avons amélioré le système de compression de la lumière avec une cavité de filtrage qui fait tourner phase et amplitude de la lumière selon la fréquence.

Pour Ligo et Virgo, un des autres objectifs était d’augmenter la puissance du laser pour gagner en sensibilité. Cependant, ce changement s’est

La campagne de prise de données a commencé. Mais certains détecteurs rencontrent des contretemps. De quelle nature ?

Ligo a bien commencé la phase O4 le 24 mai dernier. Mais Virgo a eu des problèmes avec deux miroirs. L’un est déjà réparé, mais l’autre doit être changé, ce qui prend du temps. L’objectif est de rejoindre O4 en septembre. Virgo aura été absent les premiers mois, mais la phase O4 est prévue sur dix-huit mois, donc il y aura une grande période où Ligo et Virgo opéreront de concert. Quant à Kagra, l’interféromètre mis en route le plus récemment, il va prendre un mois de données puis les travaux d’amélioration vont reprendre pour rejoindre plus tard Ligo et Virgo avec une meilleure sensibilité.

Quels sont les objectifs astrophysiques de O4 ?

Pour O4, nous devrions détecter plusieurs fusions de systèmes binaires par semaine. Nous espérons, par exemple, a ner la mesure de la distribution de masse des paires de trous noirs, car celle-ci nous renseigne sur la formation de ces objets et l’histoire des galaxies. Nous espérons aussi voir de nouvelles choses. Si nous avons de la chance, nous détecterons peut-être les ondes gravitationnelles émises par une étoile massive qui s’e ondre sur elle-même avant d’exploser en supernova. Mais pour cela il faudrait que l’explosion se déroule dans la Voie lactée, car ces signaux sont très faibles.

Autre sujet intéressant, l’émission des pulsars (des étoiles à neutrons en rotation). Il ne s’agit pas d’un événement transitoire comme la fusion d’objets compacts ou l’e ondrement d’une étoile massive. C’est une émission continue. Et on ne pourra la mettre en évidence qu’à la fin de la phase O4 en intégrant l’ensemble des données collectées. n

L’ESSENTIEL

> Avec seulement 70 femelles en âge de se reproduire, les baleines franches de l’Atlantique nord sont en danger grave d’extinction.

> En étudiant la manière dont d’autres baleines à fanons parviennent à trouver leurs proies minuscules, le krill, les chercheurs espèrent pouvoir mettre au point un outil prédictif permettant de mieux protéger ces animaux.

> Le sulfure de diméthyle (DMS), un composé chimique libéré par le phytoplancton lorsqu’il est mangé par le krill, pourrait être un indicateur permettant aux baleines de trouver leurs proies.

L’AUTRICE