En Europe, un projet de télescope de détection d’ondes gravitationnelles de troisième génération devrait voir le jour dans les années 2030. Enfoui à 300 mètres de profondeur, le télescope Einstein, c’est son nom, pourra sonder un volume mille fois plus important et offrira la possibilité de détecter un million d’ondes gravitationnelles par an. Avec, à la clé, le pari de comprendre le Big Bang.

Le 14 septembre 2015, s’est ouverte une nouvelle fenêtre sur l’Univers avec la détection, par la collaboration internationale Ligo-Virgo, des premières ondes gravitationnelles en provenance de la fusion de deux trous noirs. Depuis, les astronomes 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 gravitationnelles. Il sera presque trois fois plus grand et au moins 10.000 fois plus sensible que les interféromètres Virgo, en Europe, et Ligo, aux États-Unis, qui ont été les premiers à détecter des ondes gravitationnelles.

Baptisé télescope Einstein, 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.

À 300 mètres sous terre pour neutraliser les vibrations parasites

Ce télescope sera enfoui à 300 mètres de profondeur pour atténuer les vibrations induites par l’activité humaine, le vent ou le mouvement 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 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 lasers ultramodernes. Les divers composants optiques seront refroidis à une température proche du zéro absolu et suspendus à l’extrémité d’un appareillage complexe de 15 mètres de hauteur environ.

Avant de débuter son développement, une étude de faisabilité approfondie est en cours et la construction 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 miroirs 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 physique nucléaire et à améliorer notre compréhension de la matière.

Il faut savoir que tous les atomes ne trouvent pas tous leur origine durant le Big Bang. Des 92 éléments connus, seuls l’hydrogène et l’hélium 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 neutrons, de la mort d’étoiles de masse faible, de la fission de rayons cosmiques, d’explosions d’étoiles massives et celles de naines blanches.

On devrait alors en apprendre énormément sur les populations de ces astres 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 Bang. Mais aussi sur l’expansion de l’Univers et sur la nature de l’énergie noire. Avec cet instrument, les astronomes espèrent également capturer pour la première fois les ondes gravitationnelles émises par une supernova, de quoi faire la lumière sur un phénomène encore bien mal compris.

Sources

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