Le futur télescope Einstein sera capable de détecter un million d'ondes gravitationnelles par an !

Le 14 septembre 2015, s'est ouverte une nouvelle fenêtrefenêtre sur l'Univers avec la détection, par la collaboration internationale LigoLigo-VirgoVirgo, des premières ondes gravitationnelles en provenance de la fusion de deux trous noirs. Depuis, les astronomesastronomes disposent d'un moyen unique pour observer les phénomènes les plus violents de l'Univers, restés jusqu'ici invisibles par les autres méthodes d'observation.

Cinq ans après cette découverte, afin d'exploiter pleinement le potentiel de cette discipline naissante et répondre à toutes les questions soulevées par cette nouvelle astronomie, un consortium, rassemblant plus de 40 universités européennes, a pour objectif de construire le plus grand télescope en matière de détection d'ondes gravitationnellesondes gravitationnelles. Il sera presque trois fois plus grand et au moins 10.000 fois plus sensible que les interféromètresinterféromètres Virgo, en Europe, et Ligo, aux États-Unis, qui ont été les premiers à détecter des ondes gravitationnelles.

Baptisé télescope EinsteinEinstein, il sera construit en Europe et la décision de sa localisation sera prise d'ici 2023. Actuellement, deux sites possibles sont en cours d'évaluation : la région Euregio-Meuse-Rhin, à la frontière entre la Belgique, les Pays-Bas et l'Allemagne, ainsi que la Sardaigne en Italie. Ce télescope, dont le financement n'est pas encore garanti, devrait voir le jour dans les années 2030.

Des scientifiques expliquent le projet de télescope Einstein, dont le professeur Christophe Collette (ULB/ULiège) Principal Investigator au sein de la Ligo Scientific Collaboration, interviewé pour cet article.

À 300 mètres sous terre pour neutraliser les vibrations parasites

Ce télescope sera enfoui à 300 mètres de profondeur pour atténuer les vibrationsvibrations induites par l'activité humaine, le ventvent ou le mouvementmouvement du sol. Il faut savoir que la détection d'une onde gravitationnelle est très complexe à réaliser, ce qui explique pourquoi aucune n'a été détectée avant septembre 2015. À son passage, la distance entre deux objets est modifiée. Mais, malgré l'intensité des phénomènes cosmiques qui en est la cause, l'ordre de grandeurordre de grandeur de leurs effets est minuscule : il faut pouvoir capter sur Terre des variations de longueurs cent millions de fois plus petites !

Le télescope Einstein s'apparentera à un instrument de forme triangulaire de 3 x 10 kilomètres et comprenant 6 interféromètres de plusieurs kilomètres de long. Chaque extrémité comprend une « station de mesure » dans un laboratoire souterrain équipé des technologies d'optique et laserslasers ultramodernes. Les divers composants optiques seront refroidis à une température proche du zéro absoluzéro absolu et suspendus à l'extrémité d'un appareillage complexe de 15 mètres de hauteur environ.

 Le télescope Einstein sera enterré pour ne pas être exposé au bruit sismique de surface. © Marco Kraan, Nikhef. © Marco Kraan, Nikhef

Avant de débuter son développement, une étude de faisabilité approfondie est en cours et la constructionconstruction d'un prototype, confiée au Centre spatial de Liège, est nécessaire de façon à développer et valider expérimentalement des éléments importants de ce futur télescope, notamment des technologies beaucoup plus avancées que celles mises à disposition aujourd'hui ! Par exemple, nous ne savons pas encore s'il sera possible d'isoler des miroirsmiroirs lourds des vibrations du sol, à température cryogénique. « Si nous sommes capables de le faire sur un prototype, nous serons capables de le faire sur le télescope Einstein », déclare Christophe Collette, ULB/ULiège, Principal Investigator au sein de la Ligo Scientific Collaboration.

Un bond dans la connaissance de la cosmologie et la matière

Avec ce futur télescope, les astronomes font le pari d'avancées scientifiques significatives dans de nombreux domaines de l'astronomie liés aux événements extrêmes de l'Univers et cela, jusqu'à des distances très élevées dans l'Univers, et donc, à une époque reculée dans l'histoire de celui-ci. Les astronomes s'attendent à mieux comprendre la face jusqu'ici invisible de notre Univers (matière et énergie sombre) et son expansion, à mieux explorer la physiquephysique nucléaire et à améliorer notre compréhension de la matière.

Il faut savoir que tous les atomesatomes ne trouvent pas tous leur origine durant le Big Bang. Des 92 éléments connus, seuls l'hydrogènehydrogène et l'héliumhélium se sont formés au moment où l'univers naissait. Les autres éléments qui composent la matière proviennent d'événements cosmiques, tels que la fusion d'étoiles à neutronsétoiles à neutrons, de la mort d'étoiles de massemasse faible, de la fissionfission de rayons cosmiquesrayons cosmiques, d'explosions d'étoiles massives et celles de naines blanchesnaines blanches.

On devrait alors en apprendre énormément sur les populations de ces astresastres et sur l'évolution des étoiles depuis la formation des premières générations d'entre elles. Ces événements extrêmes contiennent des informations sur la nature des trous noirs, des étoiles à neutrons et sur les premiers instants après le Big BangBig Bang. Mais aussi sur l'expansion de l'Univers et sur la nature de l'énergie noireénergie noire. Avec cet instrument, les astronomes espèrent également capturer pour la première fois les ondes gravitationnelles émises par une supernovasupernova, de quoi faire la lumièrelumière sur un phénomène encore bien mal compris.