Un espace plus grand et meilleur

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La recherche d’ondulations qui font trembler l’espace dans l’univers vient de prendre un grand essor. Un effort dirigé par le MIT pour construire un détecteur d’ondes gravitationnelles plus grand et plus performant recevra 9 millions de dollars au cours des trois prochaines années de la part de la National Science Foundation. L’injection de financement soutiendra la phase de conception de Cosmic Explorer – un observatoire d’ondes gravitationnelles de nouvelle génération qui devrait capter les ondulations dans l’espace-temps depuis le début de l’univers. Pour ce faire, les détecteurs de l'observatoire devraient s'étendre sur toute la longueur d'une petite ville.

La conception conceptuelle de l'observatoire s'inspire des détecteurs du LIGO, l'observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser exploité par le MIT et Caltech. LIGO « écoute » les ondes gravitationnelles en mesurant le timing de deux lasers qui se déplacent du même point, dans deux tunnels distincts, et vice-versa. Toute différence dans leurs heures d’arrivée peut être le signe qu’une onde gravitationnelle a traversé le détecteur en forme de L. LIGO comprend deux détecteurs jumeaux, situés à différents endroits aux États-Unis. Un ensemble similaire de détecteurs, Virgo, fonctionne en Italie, ainsi qu'un troisième, KAGRA, au Japon.

Ensemble, ce réseau de détecteurs existant capte les ondulations provenant de sources d’ondes gravitationnelles, telles que la fusion de trous noirs et d’étoiles à neutrons, tous les quelques jours. Selon les scientifiques, Cosmic Explorer devrait augmenter ce taux jusqu'à un signal toutes les quelques minutes. Les résultats scientifiques issus de ces détections pourraient apporter des réponses à certaines des plus grandes questions de la cosmologie.

MIT News a rencontré le directeur exécutif de Cosmic Explorer, Matthew Evans, professeur de physique au MIT, et le co-chercheur principal Salvatore Vitale, professeur agrégé de physique au MIT, pour savoir ce qu'ils espèrent entendre du premier univers.

Question :Expliquez-nous l'idée générale de Cosmic Explorer : qu'est-ce qui en fera un détecteur d'ondes gravitationnelles de « nouvelle génération » ?

Evans : Cosmic Explorer est en quelque sorte un LIGO géant. Les détecteurs LIGO mesurent quatre kilomètres de long pour chaque bras, et Cosmic Explorer fera 40 kilomètres de côté, donc 10 fois plus grand. Et le signal que nous recevons d'une onde gravitationnelle est essentiellement proportionnel à la taille de notre détecteur, et c'est pourquoi ces choses sont si grandes.

Plus c'est gros, mieux c'est, jusqu'à un certain point. À un moment donné, vous avez adapté la longueur du détecteur à la longueur d’onde des ondes gravitationnelles entrantes. Et puis, si vous continuez à l’agrandir, les rendements en termes de production scientifique seront vraiment décroissants. Il est également difficile de trouver des sites pour construire un détecteur de cette taille. Lorsque vous devenez trop grand, la courbure de la Terre commence à devenir un problème car le faisceau laser du détecteur doit se déplacer en ligne droite, ce qui est moins possible lorsqu'un détecteur est si grand qu'il doit se courber avec la Terre.

En ce qui concerne la recherche de sites possibles, heureusement aujourd'hui, contrairement aux années 1980, lorsque des sites étaient recherchés pour LIGO, de nombreuses données publiques sont disponibles sous forme numérique. Nous disposons donc déjà de premières versions de recherches algorithmiques permettant de rechercher aux États-Unis des sites candidats potentiels. Nous recherchons des endroits un peu plats mais aussi un peu en forme de cuvette en termes d'altitude car cela éviterait certaines fouilles. Et nous recherchons des endroits qui ne sont pas au milieu des villes, des lacs, ou des montagnes, et qui ne sont pas trop éloignés des régions peuplées pour pouvoir imaginer faire entrer et sortir des scientifiques. Notre première remise des gaz montre qu'il existe des candidats potentiels, en particulier dans la moitié ouest des États-Unis.