Laser Interferometer Space Antenna - Définition
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Introduction
La mission LISA (de l'anglais Laser Interferometer Space Antenna), est un projet commun ESA/NASA, destiné à l'observation des ondes gravitationnelles de basse fréquence depuis l'espace. Sa mise en service est prévue pour 2018. Il s'agira du premier observatoire spatial d'ondes gravitationnelles, les observatoires actuels, notamment LIGO et VIRGO étant terrestres.
Géométrie de LISA
LISA consiste en une constellation de trois satellites artificiels identiques en orbite héliocentrique formant un triangle équilatéral de 5 millions de kilomètres de côté. Les trois satellites sont reliés par des liens optiques composés de faisceaux laser infrarouges. Cette configuration est rendue possible par le fait que les lois de la mécanique céleste prédisent que trois orbites héliocentriques de même rayon et inclinées suivant un certain angle peuvent être parcourues par trois satellites formant un triangle équilatéral parfait si les positions relatives des satellites sur leur orbites respectives sont choisies adéquatement.
LISA « suit » la Terre avec un retard de 20°, soit environ 20 jours terrestres. La distance moyenne de la Terre au centre de masse de LISA est donc d’environ un dix-huitième de la circonférence de l'orbite terrestre, soit environ 50 millions de kilomètres. Les orbites des satellites de LISA sont faiblement elliptiques et faiblement inclinés par rapport au plan de l’écliptique terrestre.
Le lancement de LISA est prévu à partir de 2018 et LISA est à l’origine conçu pour rester 4 ans en orbite.
Principe de fonctionnement de LISA
Comme tous les détecteurs modernes d'ondes gravitationnelles, LISA utilise la technique d’interférométrie laser pour détecter les ondes gravitationnelles. Les trois satellites formant LISA forment en effet un interféromètre de Michelson géant (en réalité deux interféromètres redondants). Au passage d’une onde gravitationnelle les distances des bras de LISA (distance séparant deux satellites) sont perturbées du fait des déformations de l’espace-temps produites par l'onde gravitationnelle.
En pratique, on mesure donc une variation relative de phase d’un laser distant par rapport à un laser local, par le principe d’interférences lumineuses. La comparaison entre la fréquence du faisceau reçu et celle de l’oscillateur local porte donc la signature des perturbations produites par une onde gravitationnelle.
Chaque satellite possède deux lasers (et donc deux bancs de mesure optique), chacun pointant vers un des deux autres satellites du triangle formé par LISA.
Afin d’éliminer les autres forces non gravitationnelles telles que le vent solaire et la pression de radiation, auxquelles sont soumis chacun des trois satellites, la référence de mesure interférométrique est une masse inertielle (un cube de 5 cm de côté constitué de 75 % d’or et 25 % de platine), en chute libre dans l’espace, que contient et suit le satellite, suivant un principe déjà expérimenté par d'autres missions spatiales telles Gravity Probe B.
Chaque satellite mesure ces contraintes à l’aide d’un accéléromètre capacitif dont il est doté et compense ainsi ces forces, grâce à des micro-accélérateurs. Ce dispositif assure que chaque satellite reste bien centré par rapport à sa masse d’épreuve.
Objectifs scientifiques
LISA a pour but la détection d'ondes gravitationnelles, prédites par la relativité générale découverte par Albert Einstein. Les ondes gravitationnelles ont déjà été mises en évidence, mais de façon indirecte, essentiellement par deux méthodes : l'étude de l'évolution de la période orbitale d'un système composé de deux objets compacts, et les statistiques des périodes orbitales des variables cataclysmiques. Les ondes gravitationnelles détectées par LISA proviendront elles de trous noirs supermassifs.
