La source lumineuse GEO600 pressée (au premier plan) à l'intérieur de la salle blanche GEO600 avec les réservoirs à vide (à l'arrière-plan). Crédit :H.Grote/Max Planck Institute for Gravitational Physics
La détection des ondes gravitationnelles d'Einstein repose sur des mesures laser très précises de petits changements de longueur. Les détecteurs kilométriques du réseau international (GEO600, LIGO, Vierge) sont si sensibles qu'ils sont fondamentalement limités par de minuscules effets de mécanique quantique. Ceux-ci provoquent un bruit de fond qui chevauche les signaux d'ondes gravitationnelles. Ce bruit est toujours présent et ne peut jamais être entièrement supprimé. Mais on peut changer ses propriétés - avec un processus appelé compression, à ce jour uniquement utilisé en routine au GEO600 - de sorte qu'il interfère moins avec la mesure. Maintenant, Les chercheurs du GEO600 ont obtenu une meilleure compression que jamais. Cela ouvre de nouvelles voies pour améliorer le réseau international de détecteurs dans les prochaines séries d'observations et constitue une étape clé pour les détecteurs de troisième génération tels que le télescope Einstein.
Un nouveau record merveilleux
L'équipe du Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) et de la Leibniz Universität Hannover a atteint un niveau de compression de 5,7 dB et a donc supprimé le bruit de fond quantique par un facteur de près de deux. Par rapport à un détecteur sans pincement, cela augmente le volume observable de l'univers d'un facteur sept.
L'équipe de recherche a utilisé des composants optiques nouvellement conçus et ajusté la configuration optique de la source de lumière comprimée et la manière dont elle est couplée au détecteur.
« La phase actuelle de mise à niveau de l'interface étant terminée, nous avons pu commencer à optimiser et caractériser pleinement le système en nous donnant ce nouveau record merveilleux en compression, améliorer notre sensibilité aux fréquences importantes pour comprendre la physique des étoiles à neutrons, " dit le Dr James Lough, scientifique principal pour GEO600.
Travail de pionnier au GEO600
"L'équipe GEO600 a été pionnière dans l'utilisation de la compression dans la communauté internationale des ondes gravitationnelles. Plusieurs générations d'étudiants en doctorat GEO600 ainsi que des experts de la compression à l'AEI ont rendu cette percée possible, " explique le Dr Christoph Affeldt, Responsable des opérations GEO600.
Mesures de bruit de fond GEO600. L'axe transversal indique la fréquence, l'axe vertical la force du bruit à ces fréquences. Plus les courbes sont basses, moins il y a de bruit et mieux les ondes gravitationnelles peuvent être mesurées. La courbe rouge montre le bruit sans la source de lumière comprimée, la courbe bleue montre le bruit avec la source lumineuse comprimée. Les améliorations se produisent principalement à des fréquences supérieures à plusieurs centaines de Hertz, où les signaux d'ondes gravitationnelles des étoiles à neutrons sont attendus. Crédit :Max Planck Institute for Gravitational Physics
Le détecteur d'ondes gravitationnelles germano-britannique GEO600 près de Hanovre utilise régulièrement une source de lumière comprimée depuis 2010 et a été le seul instrument au monde à le faire. La source lumineuse sur mesure pour GEO600 a été développée et construite à l'AEI.
Avec les collègues de l'AEI, l'équipe GEO600 a travaillé en permanence pour améliorer l'intégration du "squeezer" dans le détecteur. Ceci est essentiel en raison de la nature fragile de la lumière comprimée :même une très petite perte de celle-ci lors de son entrée dans le détecteur limite l'augmentation possible de la sensibilité du GEO600. Par conséquent, de nombreuses petites améliorations peuvent entraîner des gains importants de sensibilité.
Serrage dans le prochain cycle d'observation O3
La sensibilité de tous les futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles interférométriques sera augmentée grâce à l'utilisation de sources de lumière comprimée similaires. Lors de la prochaine série d'observations communes, O3 devrait commencer au début de 2019, les instruments LIGO et le détecteur Virgo utiliseront la lumière comprimée. Le presse-agrumes Virgo est une version plus récente de celui développé pour le GEO600 et prêté en permanence par l'AEI.
« Pour les futurs détecteurs de troisième génération comme le télescope européen Einstein, des niveaux de compression encore plus élevés sont nécessaires. Avec ce nouveau record étonnant au GEO600, nous sommes maintenant prêts à perfectionner cette technologie et à relever les prochains défis sur le chemin du télescope Einstein, " dit le professeur Karsten Danzmann, directeur de l'AEI et directeur de l'Institut de physique gravitationnelle de la Leibniz Universität Hannover.
