Le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) de la National Science Foundation devrait reprendre sa chasse aux ondes gravitationnelles - ondulations spatiales et temporelles - le 1er avril. après avoir reçu une série de mises à niveau de ses lasers, miroirs, et d'autres composants. LIGO - qui se compose de détecteurs jumeaux situés à Washington et en Louisiane - a maintenant une augmentation combinée de la sensibilité d'environ 40 % par rapport à sa dernière exécution, ce qui signifie qu'il peut arpenter un volume d'espace encore plus grand qu'auparavant pour de puissants, événements qui font des vagues, comme les collisions de trous noirs.

La Vierge se joindra à la recherche, le détecteur d'ondes gravitationnelles basé en Europe, situé à l'Observatoire Gravitationnel Européen (EGO) en Italie, qui a presque doublé sa sensibilité depuis sa dernière course et démarre également le 1er avril.

"Pour ce troisième parcours d'observation, nous avons obtenu des améliorations significativement plus importantes de la sensibilité des détecteurs que lors du dernier essai, " dit Peter Fritschel, Le scientifique en chef des détecteurs de LIGO au MIT. "Et avec LIGO et Virgo observant ensemble pour l'année prochaine, nous allons sûrement détecter beaucoup plus d'ondes gravitationnelles à partir des types de sources que nous avons vues jusqu'à présent. Nous sommes également impatients de voir de nouveaux événements, comme la fusion d'un trou noir et d'une étoile à neutrons."

En 2015, après que LIGO ait commencé à observer pour la première fois dans un programme amélioré appelé Advanced LIGO, il est rapidement entré dans l'histoire en réalisant la première détection directe d'ondes gravitationnelles. Les ondulations ont voyagé sur Terre à partir d'une paire de trous noirs en collision situés à 1,3 milliard d'années-lumière. Pour cette découverte, trois des principaux acteurs de LIGO :Barry C. Barish de Caltech, le professeur de physique Ronald et Maxine Linde, Émérite, et Kip S. Thorne, le professeur Richard P. Feynman de physique théorique, Émérite, avec Rainer Weiss du MIT, professeur de physique, émérite - ont reçu le prix Nobel de physique 2017.

Depuis, le réseau de détecteurs LIGO-Virgo a découvert neuf fusions de trous noirs supplémentaires et un écrasement explosif de deux étoiles à neutrons. Cet événement, surnommé GW170817, généré non seulement des ondes gravitationnelles mais de la lumière, qui a été observé par des dizaines de télescopes dans l'espace et au sol.

« Avec nos trois détecteurs désormais opérationnels à une sensibilité considérablement améliorée, le réseau mondial de détecteurs LIGO-Virgo permettra une triangulation plus précise des sources d'ondes gravitationnelles, " déclare Jo van den Brand de Nikhef (l'Institut national néerlandais de physique subatomique) et de l'Université VU d'Amsterdam, qui est le porte-parole de la collaboration Virgo. "Ce sera une étape importante vers notre quête d'astronomie multi-messagers."

Maintenant, avec le départ de la prochaine course commune LIGO-Virgo, les observatoires sont prêts à détecter un nombre encore plus important de fusions de trous noirs et d'autres événements extrêmes, telles que des fusions supplémentaires d'étoiles à neutrons à neutrons ou une fusion encore à voir entre un trou noir et une étoile à neutrons. L'une des métriques que l'équipe utilise pour mesurer les augmentations de sensibilité consiste à calculer jusqu'où elle peut détecter les fusions d'étoiles à neutrons à neutrons. Dans la prochaine course, LIGO pourra voir ces événements à une distance moyenne de 550 millions d'années-lumière, soit plus de 190 millions d'années-lumière plus loin qu'auparavant.

Une clé pour atteindre cette sensibilité implique des lasers. Chaque installation LIGO se compose de deux longs bras qui forment un interféromètre en forme de L. Les faisceaux laser sont tirés depuis le coin du "L" et rebondissent sur les miroirs avant de redescendre le long des bras et de se recombiner. Au passage des ondes gravitationnelles, ils s'étirent et serrent l'espace lui-même, apportant des changements imperceptibles à la distance parcourue par les faisceaux laser et affectant ainsi la façon dont ils se recombinent. Pour cette prochaine course, la puissance laser a été doublée pour mesurer plus précisément ces changements de distance, augmentant ainsi la sensibilité des détecteurs aux ondes gravitationnelles.

D'autres améliorations ont été apportées aux miroirs de LIGO aux deux endroits, avec un total de cinq miroirs sur huit remplacés par des versions plus performantes.

"Nous avons dû casser les fibres qui retiennent les miroirs et retirer très soigneusement les optiques et les remplacer, " dit Calum Torrie, Responsable de l'ingénierie mécanique et optique de LIGO à Caltech. "C'était une énorme entreprise d'ingénierie."

Cette prochaine exécution comprend également des mises à niveau conçues pour réduire les niveaux de bruit quantique. Le bruit quantique se produit en raison de fluctuations aléatoires des photons, ce qui peut entraîner une incertitude dans les mesures et masquer de faibles signaux d'ondes gravitationnelles. En employant une technique appelée "serrer, " initialement développé pour les détecteurs d'ondes gravitationnelles à l'Université nationale australienne, et mûri et utilisé en routine depuis 2010 au détecteur GEO600, les chercheurs peuvent déplacer l'incertitude dans les photons autour, rendant leurs amplitudes moins certaines et leurs phases, ou le temps, plus sûr. La synchronisation des photons est ce qui est crucial pour la capacité de LIGO à détecter les ondes gravitationnelles.

Torrie dit que l'équipe LIGO a passé des mois à mettre en service tous ces nouveaux systèmes, s'assurer que tout est aligné et fonctionne correctement. "L'une des choses qui nous satisfait, les ingénieurs, est de savoir que toutes nos améliorations signifient que LIGO peut désormais voir plus loin dans l'espace pour trouver les événements les plus extrêmes de notre univers."