Aujourd'hui (30 novembre), les scientifiques ont redémarré les détecteurs jumeaux de LIGO, l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, après avoir apporté plusieurs améliorations au système. Au cours de la dernière année, ils ont apporté des améliorations aux lasers de LIGO, électronique, et des optiques qui ont augmenté la sensibilité de l'observatoire de 10 à 25 %. Les détecteurs, les scientifiques espèrent, sera désormais en mesure de se brancher sur les ondes gravitationnelles - et les événements extrêmes dont elles découlent - qui émanent de plus loin dans l'univers.

Le 14 septembre, 2015, Les détecteurs de LIGO ont réalisé la toute première détection directe d'ondes gravitationnelles, deux jours seulement après que les scientifiques ont redémarré l'observatoire sous le nom Advanced LIGO, une version améliorée des deux grands interféromètres de LIGO, un situé à Hanford, Washington, et les 3 autres, 000 kilomètres plus loin à Livingston, Louisiane. Après analyse du signal, les scientifiques ont déterminé qu'il s'agissait bien d'une onde gravitationnelle, qui est né de la fusion de deux trous noirs massifs à 1,3 milliard d'années-lumière.

Trois mois plus tard, le 26 décembre, 2015, les détecteurs ont capté un autre signal, que les scientifiques ont décodé comme une deuxième onde gravitationnelle, ondulant d'une autre fusion de trous noirs, un peu plus loin dans l'univers, 1,4 milliard d'années-lumière.

Maintenant avec les dernières mises à jour de LIGO, les membres de la collaboration scientifique LIGO espèrent détecter des signaux plus fréquents d'ondes gravitationnelles, résultant de la collision de trous noirs et d'autres phénomènes cosmiques extrêmes. MIT News s'est entretenu avec Peter Fritschel, le directeur associé de LIGO au MIT, et le scientifique en chef des détecteurs de LIGO, sur la nouvelle vision de LIGO.

Q :Quels types de changements ont été apportés aux détecteurs depuis leur mise hors ligne ?

R :Il y avait différentes sortes d'activités dans les deux observatoires. Avec le détecteur à Livingston, Louisiane, nous avons fait beaucoup de travail à l'intérieur du système de vide, remplacer ou ajouter de nouveaux composants. Par exemple, chaque détecteur contient quatre masses d'essai qui répondent au passage d'une onde gravitationnelle. Ces masses d'essai sont montées dans des systèmes de suspension complexes qui les isolent de l'environnement local. Des tests antérieurs avaient montré que deux des modes de vibration de ces suspensions pouvaient osciller à un degré qui empêcherait le détecteur de fonctionner avec sa meilleure sensibilité. Donc, nous avons conçu et installé certains tuned, des amortisseurs passifs pour réduire l'amplitude d'oscillation de ces modes. Cela aidera le détecteur Livingston à fonctionner à sa sensibilité maximale pendant une plus grande partie de la durée d'exécution des données.

Sur le Hanford, Washington, détecteur, la plus grande partie de l'effort a été orientée vers l'augmentation de la puissance laser stockée dans l'interféromètre. Lors du premier passage d'observation, nous avions environ 100 kilowatts de puissance laser dans chaque long bras de l'interféromètre. Depuis lors, nous avons travaillé à l'augmenter d'un facteur de deux, pour atteindre 200 kilowatts de puissance dans chaque bras. Cela peut être assez difficile car il y a des effets thermiques et des interactions optiques-mécaniques qui se produisent lorsque la puissance est augmentée, et certains d'entre eux peuvent produire des instabilités qui doivent être apprivoisées. Nous avons effectivement réussi à résoudre ce type de problèmes et avons pu faire fonctionner le détecteur avec 200 kilowatts dans les bras. Cependant, il y avait d'autres problèmes de sensibilité aux coûts, et nous n'avons pas eu le temps de les résoudre, nous fonctionnons donc maintenant avec une puissance de 20 à 30 pour cent supérieure à celle que nous avions lors de la première période d'observation. Cette augmentation de puissance modeste donne une augmentation faible mais notable de la sensibilité aux fréquences d'ondes gravitationnelles supérieures à environ 100 hertz.

Nous avons également rassemblé de nombreuses informations importantes qui seront utilisées pour planifier la prochaine période de mise en service du détecteur, qui débutera à la fin de cette période d'observation de six mois. Nous avons encore beaucoup de travail difficile devant nous pour arriver à notre sensibilité de conception finale.

Q :Dans quelle mesure LIGO est-il sensible à ces nouvelles améliorations ?

R :La métrique que nous utilisons le plus couramment est la sensibilité aux ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux étoiles à neutrons, parce que nous pouvons facilement calculer ce que nous devrions voir à partir d'un tel système - mais notez que nous n'avons pas encore détecté d'ondes gravitationnelles provenant d'une fusion étoile à neutrons-étoile à neutrons. Le détecteur de Livingston est désormais suffisamment sensible pour détecter une fusion jusqu'à 200 millions de parsecs (660 millions d'années-lumière). C'est environ 25 pour cent de plus que ce qu'il pouvait « voir » lors du premier passage d'observation. Pour le détecteur Hanford, la plage de sensibilité correspondante est à peu près égale à ce qu'elle était lors de la première analyse et est environ 15 % inférieure à ces chiffres.

Bien sûr, lors du premier passage d'observation, nous avons détecté la fusion de deux trous noirs, pas les étoiles à neutrons. La comparaison de sensibilité pour les fusions de trous noirs est néanmoins à peu près la même :par rapport à la période d'observation de l'année dernière, le détecteur Livingston est environ 25 % plus sensible et le détecteur Hanford est à peu près le même. Mais même de petites améliorations de la sensibilité peuvent aider, puisque le volume de l'espace sondé, et donc le taux de détections d'ondes gravitationnelles, croît comme le cube de ces distances.

Q :Qu'espérez-vous « entendre » et détecter ? maintenant que LIGO est de retour en ligne ?

R : Nous nous attendons certainement à détecter davantage de fusions de trous noirs, ce qui reste une perspective très excitante. Rappelons que lors de la première exécution, nous avons détecté deux de ces fusions binaires de trous noirs et avons vu des preuves solides d'une troisième fusion. Avec l'amélioration modeste de la sensibilité et le projet de collecter plus de données qu'auparavant, nous devrions ajouter à notre connaissance de la population de trous noirs dans l'univers.

Nous aimerions également détecter les ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux étoiles à neutrons. Nous savons que ces systèmes existent, mais nous ne savons pas à quel point ils sont répandus, nous ne pouvons donc pas être sûrs de la sensibilité dont nous avons besoin pour commencer à les voir. Les fusions d'étoiles à neutrons binaires sont intéressantes car (entre autres) elles sont considérées comme les producteurs et les distributeurs des éléments lourds, comme les métaux précieux, qui existent dans notre galaxie.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.