Le 7 décembre, LISA Pathfinder a entamé la phase prolongée de sa mission, six mois supplémentaires pendant lesquels scientifiques et ingénieurs pousseront l'expérience à ses limites en vue du futur observatoire spatial des ondes gravitationnelles de l'ESA.

LISA Pathfinder, une mission de démonstration pour valider des technologies importantes pour observer les ondes gravitationnelles - les fluctuations dans le tissu de l'espace-temps - depuis l'espace, a été lancé il y a un peu plus d'un an, le 3 décembre 2015.

Après un voyage de six semaines, le vaisseau spatial a atteint son orbite opérationnelle autour du premier point de Lagrange Soleil-Terre, L1 – à 1,5 million de km de la Terre vers le Soleil – fin janvier. Là, suite à la mise en service de l'instrumentation de bord, LISA Pathfinder a démarré sa mission scientifique le 1er mars.

A la grande surprise de l'équipe, il n'a pas fallu aussi longtemps que prévu pour atteindre l'objectif de la mission :démontrer que deux masses de test - une paire de cubes or-platine identiques - peuvent être placées dans la chute libre la plus précise jamais réalisée. En réalité, le niveau de précision souhaité était déjà obtenu dès le premier jour des opérations scientifiques de LISA Pathfinder.

Au cours des mois suivants, les scientifiques et les ingénieurs ont continué à améliorer les performances de l'expérience. Ils ont décrit ces premiers résultats, incluant une analyse des sources résiduelles de perturbation sur le mouvement de chute libre presque parfait des cubes, dans un article publié début juin dans Lettres d'examen physique .

Puis, le 25 juin, la première phase d'exploitation, en utilisant le Package Technologique LISA (LTP), a été achevée. Le LTP est une charge utile européenne constituée des masses de test, capteurs inertiels, et interféromètre laser, et utilise une série de propulseurs micronewton à gaz froid pour déplacer le satellite et le maintenir centré sur les cubes, en réponse aux forces externes et internes qui les frappent.

Les opérations se sont poursuivies avec le système de réduction des perturbations (DRS) de la NASA, une expérience supplémentaire qui reçoit les mesures des capteurs inertiels du LTP mais utilise ses propres propulseurs micronewton basés sur la technologie colloïdale.

Après l'achèvement des opérations du DRS, la mission prolongée de LISA Pathfinder a débuté le 7 décembre 2016, à 09h00 CET (08h00 UTC). Il durera jusqu'au 31 mai 2017, en utilisant à la fois les charges utiles LTP et DRS.

"Jusque là, nous avons été occupés à démontrer les performances de LISA Pathfinder, qui ne cesse de s'améliorer au fil du temps, " dit Paul McNamara, Scientifique du projet LISA Pathfinder à l'ESA, "Mais maintenant, nous pouvons passer les six prochains mois à apprendre tout ce que nous devons savoir pour construire et exploiter un observatoire des ondes gravitationnelles dans l'espace."

En octobre dernier, L'ESA a lancé un appel invitant les scientifiques européens à proposer des concepts pour la troisième grande mission (L3) dans son plan Cosmic Vision, qui sera un observatoire spatial pour étudier l'Univers gravitationnel. La sélection devrait avoir lieu au premier semestre 2017, avec une phase préliminaire d'étude interne prévue plus tard dans l'année.

Le futur observatoire détectera les ondes gravitationnelles avec des fréquences de 1 Hz à 0,1 mHz. Celles-ci sont environ cent à un million de fois inférieures aux fréquences des ondes qui peuvent être mesurées avec des expériences au sol comme le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), qui a obtenu la première détection directe d'ondes gravitationnelles en septembre 2015.

Au cours de la mission prolongée de LISA Pathfinder, l'équipe mènera une série d'expériences de longue durée pour mieux caractériser les performances de la mission, en particulier aux fréquences les plus basses qui seront sondées par le futur observatoire.

"Nous sommes ravis de repousser les limites de LISA Pathfinder, un laboratoire de physique unique dans l'espace nous donnant l'assurance que nous pouvons définitivement construire un observatoire spatial des ondes gravitationnelles", dit Oliver Jennrich, LISA Pathfinder scientifique adjoint de la mission et scientifique de l'étude L3 à l'ESA.

L'une des opérations qui sera tentée dans les semaines à venir concerne les manœuvres de maintien en position que les opérateurs de mission mènent régulièrement pour maintenir le satellite sur son orbite opérationnelle.

LISA Pathfinder orbite autour de L1, mais si laissé sans surveillance, il s'éloignerait lentement du point de Lagrange sous l'attraction gravitationnelle de la Terre. Pour éviter cela, il suffit de tirer les propulseurs micro-newton une fois toutes les une à deux semaines.

Entre le 25 décembre et le 14 janvier, cependant, l'équipe a décidé de n'appliquer aucune manœuvre de correction. Cela permettra aux scientifiques de mener des expériences ininterrompues pendant près de trois semaines, explorer ce qui se passe dans la gamme des très basses fréquences qui sont intéressantes pour détecter les ondes gravitationnelles depuis l'espace.

Une autre expérience concerne des fréquences légèrement plus élevées, environ 1 à 60 mHz. A ces fréquences, la principale source de perturbation semble être les molécules de gaz présentes dans les enceintes de masse d'essai et rebondissant sur les deux cubes - un effet qui s'est réduit à mesure que de plus en plus de molécules sont évacuées dans l'espace.

L'équipe est maintenant curieuse de voir si d'autres sources de bruit se cachent en dessous, quelque chose qui sera important pour la future mission L3. Une façon possible de tester cela consiste simplement à attendre que la plupart des molécules soient évacuées dans l'espace, mais il existe une alternative :éteindre de nombreux radiateurs à bord, réduire la température de dix degrés, et réduisant ainsi la pression à l'intérieur de l'enceinte. L'équipe mènera cette expérience fin janvier.

Voici quelques exemples de l'éventail des expériences qui seront menées au cours de la mission prolongée de LISA Pathfinder. Finalement, à la fin de la mission, le vaisseau spatial sera doucement poussé vers une orbite héliocentrique.