Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

Observatoire d'ondes gravitationnelles

Le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (« Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie laser »), en abrégé LIGO, est une expérience de physique à grande échelle dont le but est de détecter directement les ondes gravitationnelles. Cofondé en 1992 par Kip Thorne et (en)Ronald Drever du Caltech et Rainer Weiss du MIT, le LIGO est un projet conjoint entre les scientifiques du MIT, du Caltech et de nombreuses autres institutions et universités. L'analyse des données astronomiques sur les ondes gravitationnelles est à la charge du LIGO Scientific Collaboration (LSC) qui regroupe 900 scientifiques dans le monde. LIGO est financé par la National Science Foundation (NSF), avec des contributions importantes du UK Science and Technology Facilities Council (Royaume-Uni), de la Société Max-Planck (Allemagne) et de l'Australian Research Council (Australie). À la mi-, le plus grand centre mondial sur les ondes gravitationnelles devrait terminer une rénovation complète de 5 ans et 200 millions de dollars, pour atteindre un coût total de 620 millions de dollars. LIGO est le projet le plus grand et le plus ambitieux financé par la NSF[1].

LIGO
Image dans Infobox.
Le bras nord de l'interféromètre.
Présentation
Type
Gestionnaire
LIGO Scientific Collaboration (en)Voir et modifier les données sur Wikidata
Construction
Mise en service
Site web
Données techniques
Longueur d'onde
43 - 10 000 kmVoir et modifier les données sur Wikidata
Géographie
Adresse
Hanford (en), Washington
Flag of the United States.svg États-Unis
Coordonnées

D'autres détecteurs similaires à LIGO sont en fonctionnement dans le monde, notamment l'interféromètre européen Virgo, construit à Cascina en Italie. Depuis 2007, Virgo et LIGO sont liés par un accord de collaboration[2] incluant l'échange des données enregistrées par les différents détecteurs et une politique de publication commune des résultats de physique obtenus en analysant conjointement ces données. Cette coopération est nécessaire : les détecteurs interférométriques géants ne sont pas directionnels (ils observent l'ensemble du ciel) et cherchent des signaux d'amplitudes extrêmement faibles, rares et perturbés par des bruits instrumentaux d'origines très variées. Ainsi, seule la détection simultanée d'une onde gravitationnelle dans plusieurs instruments permettra de conclure à une découverte et d'obtenir des informations sur la source de ce signal.

Les deux détecteurs LIGO sont des interféromètres de Michelson géants d'une longueur de 4 km construits aux États-Unis : au Complexe nucléaire de Hanford dans l'État de Washington et à Livingston (Louisiane).

Le LSC se charge également d'étudier la conception de capteurs plus sensibles.

Le prix Nobel de physique a été attribué en 2017 à Rainer Weiss, Barry C. Barish et Kip Thorne pour « leurs contributions décisives à la conception du détecteur LIGO et à l’observation des ondes gravitationnelles »[3] dont la découverte avait déjà valu un prix Nobel en 1993 à une autre équipe (infra).

MissionModifier

 
Vue intérieure d'une partie d'un bras de l'interféromètre.

La mission du LIGO est d'observer directement les ondes gravitationnelles d'origine cosmique. Ces ondes ont été prédites la première fois en 1916 par la théorie de la relativité générale d'Einstein alors que la technologie nécessaire à leur détection n'existait pas encore. Leur existence a été confirmée indirectement en 1974, quand les observations du pulsar binaire PSR B1913+16 ont montré un raccourcissement de son orbite correspondant aux prédictions d'Einstein, dû à la perte d'énergie liée au rayonnement gravitationnel. Le prix Nobel de physique a été attribué en 1993 à Russell Alan Hulse et Joseph Hooton Taylor pour cette découverte.

ObservationsModifier

Le , une observation directe d'ondes gravitationnelles par LIGO datée du , issues de la collision de deux trous noirs, est annoncée lors d'une conférence[4],[5]. Cette détection est nommé GW150914, GW de l'anglais "Gravitational waves" (onde gravitationnel) auquel on y a accolé la date de détection.

Physical Review Letters annonce le qu'une deuxième collision a été détectée le (GW151226), correspondant à deux trous noirs d'une dizaine de masses solaires[6].

Une troisième collision est détectée le (GW170104) entre deux trous noirs deux fois plus éloignés que les précédents, à environ 3 milliards d'années-lumière. Ces trous noirs qui avaient des masses équivalentes à 31,2 et 19,4 masses solaires ont fusionné en une masse équivalente à 48,7 Soleils. Ce qui signifie que lors de cet événement l'énergie d'à peu près deux Soleils a été transformée en ondes gravitationnelles avant d'être détectée par LIGO et Virgo[7].

L'ensemble des observations de LIGO et Virgo permet d'évaluer le nombre de fusions de trous noirs dans l'Univers à plus de 12 par gigaparsecs cube par an (un cube de 3,26 milliards d'années-lumière de côté)[7].

Le , des ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux étoiles à neutrons sont détectées (GW170817). Un rayonnement électromagnétique de haute énergie (sursaut gamma GRB 170817A ) correspondant à l'événement est enregistré deux secondes plus tard par le télescope spatial Fermi. L'origine des ondes gravitationnelles et du sursaut gamma est localisée « dans la galaxie NGC 4993 située à 130 millions d’années-lumière »[8].

ÉvolutionModifier

En est annoncé le financement, à hauteur de 35 millions de dollars US, d'un doublement de la sensibilité de LIGO. Cette évolution devrait permettre, à partir de 2023, de détecter une fusion de trous noirs par heure[9].

LIGO-IndiaModifier

LIGO-india est une collaboration entre la colaboration LIGO et l'Inde dans le but d'y implanter un nouveau détecteur d'onde gravitationnel. Ceci permettra ainsi d'étendre le réseau de détection pour une meilleur sensibilité. La mise en route est prévue en 2024.

Notes et référencesModifier

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « LIGO » (voir la liste des auteurs).
  1. LIGO Fact Sheet at NSF
  2. Memorandum of Understanding Between VIRGO and LIGO
  3. Barry Barish, Nobel de physique, se souvient de la découverte des ondes gravitationnelles
  4. (en) « Einstein's gravitational waves found at last », sur nature.com
  5. (en) B. P. Abbott LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, « Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger », Physical Review Letter 116, 061102 (2016),‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.116.061102, lire en ligne, consulté le 11 février 2016)
  6. « Ondes gravitationnelles et trous noirs, acte 2 », sur CNRS Le journal, (consulté le 15 juin 2016)
  7. a et b Sean Bailly, « Ondes gravitationnelles : Ligo vibre de nouveau », sur pourlascience.fr, (consulté le 2 juin 2017)
  8. Sean Bailly, « Ondes gravitationnelles : un signal d’un nouveau type détecté », sur pourlascience.fr, (consulté le 14 décembre 2017)
  9. (en) Davide Castelvecchi, « Gravitational-wave observatory LIGO set to double its detecting power », Nature, vol. 566,‎ , p. 305 (DOI 10.1038/d41586-019-00573-4).

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier

Liens externesModifier