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Particules et interactions fondamentales

LISA

Laser Interferometer Space Antenna

Le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna) est une mission spatiale internationale qui a pour objectif la détection des ondes gravitationnelles émises par les évènements les plus violents de l’Univers tel la coalescence des trous noirs supermassifs et autres astres compacts. La mesure du signal gravitationnel des systèmes binaires permettra de tester les théories fondamentales de la Gravitation et de la relativité générale.
Depuis les succès des détecteurs terrestres LIGO/VIRGO avec la découverte des premiers signaux gravitationnels (fusion de deux trous noirs : GW150914), la communauté scientifique est d’autant plus convaincue de s’affranchir des bruits terrestres. C’est ainsi qu’avec 3 interféromètres de 2,5 millions de km, LISA pourra mesurer des ondes gravitationnelles dans la gamme des basses fréquences (10^-4 Hz-10^-1 Hz). La gamme de sensibilité de LISA permettra d’observer les coaslescences d’objets massifs jusqu’au confin de l’Univers ainsi que les phases spiralantes des étoiles à neutrons des années avant la détection de leur fusion par les détecteurs terrestres.

Le détecteur

L’objectif de ce détecteur sera de mesurer des variations de distances de 10 picomètres (1 picomètre = 10-12 mètres) entre deux masses de références distantes de quelques millions de kilomètres. Pour atteindre une telle performance, LISA comprend trois satellites en orbites héliocentriques formant la constellation en formation triangulaire stable (longueur des cotés constante au premier ordre) avec une période de 1 an et suivant l’orbite de la Terre. Installé au sein des satellites, les masses de références suivent des trajectoires en chute libre dans l’axe inter-satellite. Les contraintes subies par les satellites (vents solaires) sont compensées en permance pour protéger ces masses de référence.
Chaque satellite transporte 2 cubes de références (test mass) ainsi que les bancs optiques et les lasers (1064 nm) permettant de faire une interférence entre le faisceau envoyé et le faisceau reçu.

À la différence d’un Michelson, dans LISA, le faisceau laser n’est pas réfléchi pour interférer avec un faisceau issu du même laser. En conséquence de la grande distance inter-satellite, la puissance lumineuse reçue est de l’ordre du picoW. Il n’est donc pas envisageable de renvoyer ce faisceau vers le satellite émetteur. C’est donc avec un algorithme numérique que les faisceaux lasers sont combinés pour réaliser des interféromètres numériques.

l'interférométrie numérique (Time Delay Interferometry)

La signature des ondes gravitationnelles se détecte dans les décalages Doppler (de fréquence) entre la lumière arrivant d’un banc optique distant et le laser local correspondant. La combinaison des 6 flux de données avec des retards bien choisis permet de supprimer une partie des bruits (bruit laser, bruit d’agitation translationnelle…) tout en gardant le signal gravitationnel. Le calcul de l’interféromètrie numérique correspondant au calcul d’une partie de ces combinaisons, ce qui sera nommé le TDI (Time Delay Interferometry).

Le consortium LISA

Le consortium est constitué des scientifiques ayant participé aux projets terrestres de détection des ondes gravitationnelles Virgo, LIGO, GEO, de ceux ayant contribué à la réussite de la mission de démonstration technologique LISA Pathfinder ainsi que de physiciens issus de la communauté de la physique des particules. Le Consortium a soumis un document « White Paper » intitulé The Gravitational Universe qui a été validée par l’ESA en 2017. LISA a été sélectionné pour être la troisième Mission Classe L (Large Class Mission) avant une adoption en 2023 et un lancement en 2034. Ce consortium se réunit régulièrement plusieurs fois par an, l’agenda des réunions et des informations plus détaillées se trouvent sur le site https://www.elisascience.org/

 

LISA au LPCCaen

Le LPCCaen est membre à part entière du consortium LISA depuis 2018. L’équipe est constituée de physiciens issus de la communauté de la physique des neutrinos. L’équipe s’est engagée dans le groupe de traitement des données (Lisa Data Processing Group — LDPG) et plus particulièrement dans les groupes de travail WG2 (software design and architecture) et WG6 (réduction initiale des bruits de fonds — INREP). L’étape suivante sera de contribuer aux algorithmes d’analyses des données.

En savoir plus

  • Conférences de l'IAP
  • Les premiers pas de l’astronomie gravitationnelle
  • Alertes des dernières détections d'ondes gravitationnelles
  • LIGO
  • VIRGO
  • KAGRA Observatory
  • EINSTEIN TELESCOPE

Copyright ESA

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