Mots-clés |
  • esa,
  • Airbus Defence and Space,
  • Lisa pathfinder,
  • ondes gravitationnelles,
  • théorie de la relativité générale

Ondes gravitationnelles : Lisa Pathfinder en mission dans l'espace

Après la découverte des ondes gravitationnelles par l'instrument Ligo, les yeux se tournent vers le projet eLisa, qui sera installé dans l'espace et fera beaucoup mieux. Et il avance : Lisa Pathfinder, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, vient de démarrer ses opérations. Sa mission est de montrer que l'on peut maintenir deux masses immobiles l'une par rapport à l'autre pour détecter une variation de distance entre elles qui trahirait le passage d'une onde gravitationnelle. Celles de Lisa Pathfinder sont séparées de 38 cm. Celles d'eLisa seront distantes d'un million de kilomètres !

De forme cylindrique et doté d’un panneau solaire hexagonal, le satellite Lisa Pathfinder est large de 2,3 m pour une hauteur d’un mètre et pèse environ 500 kg (mais 1,9 tonne avec le module propulsif). C'est un démonstrateur qui prépare l'ambitieuse mission eLisa, qui comprendra trois engins séparés d'un million de kilomètres. © Esa De forme cylindrique et doté d’un panneau solaire hexagonal, le satellite Lisa Pathfinder est large de 2,3 m pour une hauteur d’un mètre et pèse environ 500 kg (mais 1,9 tonne avec le module propulsif). C'est un démonstrateur qui prépare l'ambitieuse mission eLisa, qui comprendra trois engins séparés d'un million de kilomètres. © Esa

Ondes gravitationnelles : Lisa Pathfinder en mission dans l'espace - 2 Photos
Lisa Pathfinder Airbus esa

PDF

La mise en évidence directe d’ondes gravitationnelles grâce à Advanced Ligo accentue l’intérêt de les étudier depuis l’espace. Premier avantage, il sera plus facile de les observer en s’affranchissant du bruit de fond terrestre, constitué des ondes sismiques, ainsi que des variations du champ gravitationnel. Surtout, un instrument spatial, qui peut être de grande taille, permettra de sonder tout l'univers observable et d’accéder à des phénomènes inaccessibles aux instruments terrestres tels que Ligo et Virgo. C’est ce qu’ambitionne de faire l’Agence spatiale européenne avec sa mission eLisa et ses trois engins séparés... d'un million de kilomètres.

Toutefois, cette ambitieuse mission, dont le coût est estimé entre 1,5 et 2 milliards d’euros, se heurte à des difficultés techniques considérables. Pour minimiser les risques, l’Esa a lancé en décembre 2015 le démonstrateur Lisa Pathfinder afin de tester des technologies clés pour l’observation des ondes gravitationnelles depuis l’espace (voir à ce propos les explications de Damien Texier, responsable de la mission en opération à l’Esa, dans notre article sur Lisa Pathfinder).

Au cœur du satellite Lisa Pathfinder se trouve le système de laser qui permettra de mesurer les infimes mouvements des deux masses étalons, baptisées Jake et Elwood, représentées ici par les cubes jaunes. © Esa/ATG Medialab
Au cœur du satellite Lisa Pathfinder se trouve le système de laser qui permettra de mesurer les infimes mouvements des deux masses étalons, baptisées Jake et Elwood, représentées ici par les cubes jaunes. © Esa/ATG Medialab

Pour détecter une onde gravitationnelle, le problème est la précision de la mesure

Pour réaliser cette démonstration, Lisa Pathfinder et ses interféromètres laser vont mesurer la position relative et l’orientation des deux masses étalons, séparées de seulement 38 centimètres, au lieu du million de kilomètres de la future mission eLisa. La précision sur la mesure devra être inférieure à 0,01 nanomètre, soit moins d’un millionième de l’épaisseur d’un cheveu humain. Si cette démonstration réussit, elle ouvrira la voie à ce projet ambitieux.

Depuis sa position à 1,5 million de kilomètres, autour du point de Lagrange L1 du système Terre-Soleil, Lisa Pathfinder s’apprête à débuter ses opérations scientifiques. Les deux masses étalons (1,96 kg chacune), bloquées lors du voyage depuis la Terre, viennent d'être libérées. Elles sont désormais maintenues en position grâce à un faible champ électrostatique qui peut être contrôlé avec une grande précision.

Au cours des semaines à venir, le système de contrôle du satellite réduira la force électrostatique exercée sur les deux masses étalons afin d’atteindre le mode d’opération scientifique. Ce dernier suppose qu’aucune force ne s'exerce sur les masses le long de l’axe qui les relie, obligeant ainsi le satellite à suivre ces masses. Elles devront rester parfaitement immobiles entre elles et par rapport à lui.

Le passage d'une onde gravitationnelle se traduira, pour la mission eLisa, par une modification des distances séparant les satellites. Techniquement, cette mesure sera très difficile. Le rôle du démonstrateur Lisa Pathfinder est de déterminer tout ce qui contribue à fausser la mesure de distance. « Il est primordial de s’assurer que les déplacements des masses ne soient pas dus au reste du système », nous expliquait Damien Texier.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :


Bien que prédites par Einstein, les ondes gravitationnelles restent difficiles à détecter car elles demandent des outils d'une extrême sensibilité. L'Agence spatiale européenne (Esa) travaille actuellement sur un nouveau système de mesure avec le projet Lisa Pathfinder, un satellite qui pourrait bientôt mener à de grandes découvertes. Apprenez-en un peu plus au cours de cette vidéo du Cnes.


À voir aussi sur Internet

Sur le même sujet

Vos réactions

Chargement des commentaires