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Posté par Redbran le Mercredi 08/06/2016 à 12:00
LISA Pathfinder surpasse les attentes
Mission accomplie pour le satellite LISA Pathfinder, après seulement deux mois d'opérations scientifiques. Non seulement les technologies nécessaires pour le futur observatoire spatial d'ondes gravitationnelles eLISA (1) sont validées, mais les performances du démonstrateur de l'ESA sont cinq fois supérieures au cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base d'un produit ou d'un service à réaliser. Outre les...), et très proches de ce qui est requis pour eLISA. Ces premiers résultats, auxquels a contribué le laboratoire Astroparticule et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) (CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) Diderot/CEA/Observatoire de Paris) avec le soutien du CNES, sont publiés le 7 juin 2016 dans la revue Physical Review Letters. Ils constituent un grand pas vers l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas...) gravitationnelle (2) depuis l'espace, qui permettra par exemple d'étudier les fusions de trous noirs supermassifs.


LISA Pathfinder dans l'espace (vue d'artiste).
© ESA – C.Carreau

C'est une réussite technique et scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec...). Au terme des 55 premiers jours d'opérations scientifiques, les performances de LISA Pathfinder se sont révélées cinq fois supérieures au cahier des charges du satellite (Satellite peut faire référence à :), qui a pour but de tester les technologies nécessaires à un observatoire spatial d'ondes gravitationnelles.

LISA Pathfinder abrite deux « masses test », des petits cubes d'or et de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) qui ne sont pas liés mécaniquement au reste du satellite (Satellite peut faire référence à :) mais « flottent » dans des cavités distantes de 38 cm, entourés de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) nécessaire pour mesurer leur position. Les scientifiques ont montré que ces deux cubes peuvent être conservés pratiquement immobiles l'un par rapport à l'autre, soumis seulement à la gravité et soustraits aux forces extérieures, dont celle du vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le Soleil, on...).

Le satellite protège les cubes des influences extérieures en ajustant constamment sa position grâce à un système ultra-précis de micro-fusées. Ainsi, les cubes restent centrés au cœur des cavités, en « chute libre », et animés d'une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) déterminée seulement par la gravité. Par ailleurs, le système mesurant par laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) la distance entre ces deux cubes est 100 fois plus performant que ce qui avait été atteint en laboratoire: il permet de mesurer une distance à 30 femtomètres près (un dix-millième de la taille d'un atome). Ce système permet d'évaluer l'accélération résiduelle entre les deux masses, plus faible qu'un demi milliardième de millionième de la gravité terrestre.

Ce succès est prometteur pour la conception d'eLISA, le futur observatoire spatial d'ondes gravitationnelles de l'ESA. eLISA sera composé de trois satellites embarquant les technologies testées sur LISA Pathfinder, placés à plusieurs millions de kilomètres l'un de l'autre. Des faisceaux laser échangés entre les satellites mesureront en permanence la distance entre eux (ou plus exactement, entre les « masses test » abritées par chacun), et détecteront la moindre variation de cette distance, signe du passage d'une onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations...).

Les ondes gravitationnelles sont des perturbations infimes de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps...) produites par certains des phénomènes les plus violents de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Prédites par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement...) il y a un siècle, elles ont été détectées directement pour la première fois il y a quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), par l'observatoire au sol LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet d'interféromètre américain, destiné à détecter les...). Le consortium LIGO-Virgo, qui exploite ses données, a observé un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) caractéristique de deux trous noirs en orbite spiralante l'un autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de l'autre, juste avant leur fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...). Cette découverte historique a ouvert le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de l'astronomie des ondes gravitationnelles: les ondes gravitationnelles deviennent un nouveau messager du cosmos, aux côtés des ondes électromagnétiques (ondes lumineuses, radio et micro-ondes, rayons gamma et X) et des astroparticules (rayons cosmiques, neutrinos). C'est même le seul signal direct émis par certains objets, comme les trous noirs.

eLISA participera au nouveau champ d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens...) qu'est l'astronomie gravitationnelle, de manière complémentaire aux détecteurs au sol. En effet, eLISA sera capable de détecter des objets plus gros, comme les trous noirs supermassifs au cœur des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), qui en fusionnant émettent des ondes gravitationnelles de basse fréquence, noyées dans le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...). En revanche, en raison de sa taille, il ne sera que peu sensible aux objets plus « petits » observés par Virgo et LIGO (paires d'étoiles à neutrons ou de trous noirs en coalescence).

La mission LISA Pathfinder, lancée le 3 décembre 2015 depuis Kourou, est arrivée le 22 janvier 2016 sur son orbite finale autour du point de Lagrange (Un point de Lagrange (noté Li), ou point de libration, est une position de l'espace où les champs de gravité de deux corps en orbite l'un autour de...) L1, à 1,5 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un millier de milliers.) de kilomètres de la Terre. Dans les semaines suivantes, les différents instruments ont été mis en fonction. Les 15 et 16 février, les masses de référence ont été libérées du reste du satellite. Les opérations scientifiques ont débuté le 1er mars 2016 et le niveau de précision du cahier des charges a été atteint dès le premier jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...). Les performances ont augmenté progressivement, notamment du fait de la mise à température du satellite et de l'échappement du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) résiduel. Les scientifiques en ont profité pour comprendre très précisément les forces résiduelles s'exerçant sur les masses test, qui s'avèrent inférieures au seuil fixé pour mesurer les ondes gravitationnelles. Les opérations scientifiques devraient se poursuivent jusqu'à fin juin 2016, avec une possible extension jusqu'en avril 2017.

Côté français, le laboratoire Astroparticule et cosmologie (APC, un laboratoire commun au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), à l'Université Paris Diderot, au CEA et à l'Observatoire de Paris) a été fortement impliqué dans l'analyse des données: plusieurs chercheurs se rendent régulièrement à l'ESOC, le Centre européen des opérations spatiales (Darmstadt, Allemagne) pour une première analyse des données et le Centre François Arago (Paris), associé à l'APC, est l'un des centres complémentaires pour leur exploitation, en lien direct avec l'ESA. Le CNES soutient les activités de l'APC pour la mission LISA Pathfinder.

Pour en savoir plus sur LISA Pathfinder et eLISA:
- Consulter les pages du laboratoire APC.
- Sites en anglais: https://www.elisascience.org/ et http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/


Les « masses test », deux cubes identiques d'or et de platine (2 kg, 4,6 cm de côté), flottent à l'intérieur du satellite, entourés du banc optique permettant la mesure de leur position.
© ESA

Notes:

(1) Evolved Laser Interferometer Space Antenna, une future mission spatiale de classe L du programme « Cosmic vision » de l'ESA, avec la participation de l'agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) américaine (NASA).
(2) La première détection directe d'ondes gravitationnelles, en septembre dernier, ouvre la voie à l'utilisation de ce nouveau messager du cosmos pour mieux comprendre les objets astrophysiques qui en émettent: explosions d'étoiles massives, fusion d'étoiles à neutrons ou de trous noirs. Les ondes gravitationnelles sont d'infimes perturbations de l'espace-temps, produites par ces phénomènes cataclysmiques. Lire notre communiqué: www2.cnrs.fr/presse/communique/4409.htm.
(3) Un femtomètre (fm) vaut un millionième de milliardième de mètre (10-15 mètre).


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Source: CNRS
 
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