Feu vert pour LISA

La mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), qui vise à étudier les ondes gravitationnelles dans l'espace, a achevé avec succès la phase d'études et de tests préliminaires. Au cours de cette phase, l'ensemble du concept - des spécifications techniques des instruments scientifiques et du système d'exploitation aux dispositifs qui devront être construits pour être utilisés dans l'espace - a été soigneusement examiné par des experts et expertes dans le cadre de l'examen de l'adoption de la mission. Le 25 janvier, à l'issue de cet examen, le comité du programme scientifique de l'ESA (Agence spatiale européenne) a officiellement confirmé que la technologie était suffisamment mûre pour poursuivre le développement de la mission comme prévu. En d'autres termes, la mission a reçu le «feu vert» pour aller de l'avant. L'antenne spatiale, qui servira à observer les ondes gravitationnelles dans l'espace et donc à détecter les collisions de trous noirs supermassifs, par exemple, sera lancée vers 2035.

Plus de 120 institutions de recherche en Europe et aux États-Unis sont impliquées dans la mission LISA, dont l'ETH Zurich et l'Université de Zurich (UZH). Philippe Jetzer, professeur de gravitation et d'astrophysique à l'université de Zurich, et Domenico Giardini, professeur de sismologie et de géodynamique à l'ETH Zurich, collaborent étroitement au projet depuis plus de vingt ans. Dans cette interview, les professeurs décrivent les attentes de la mission et expliquent l'implication des deux universités zurichoises.

La mission LISA a reçu le feu vert ! Qu'est-ce que cela signifie pour la recherche spatiale ?
Domenico Giardini : Beaucoup ! Il ne faut pas oublier que 95% de notre univers est encore considéré comme de l'énergie noire ou de la matière noire parce qu'il n'émet pas d'ondes électromagnétiques et reste donc invisible à tous nos télescopes. Les ondes gravitationnelles nous permettront d'étudier cet univers invisible. Ligo-Virgo n'a observé que l'effondrement final de trous noirs stellaires pendant moins d'une seconde. Cela est dû à l'important bruit de fond sismique sur Terre et au fait que les instruments dont la longueur maximale du bras est de quatre kilomètres ne peuvent mesurer que des fréquences plus élevées. LISA surmontera ces limitations : il n'y a pas de bruit sismique dans l'espace et LISA peut enregistrer des fréquences beaucoup plus basses grâce à la longueur de son bras de 2,5 millions de kilomètres. Il sera ainsi possible de détecter l'effondrement de trous noirs supermassifs ainsi que d'innombrables systèmes stellaires binaires galactiques proches, sans parler d'un grand nombre d'objets et de phénomènes dynamiques qui nous aideront à comprendre comment l'univers s'est formé et comment il continue d'évoluer.

Philippe Jetzer : Ce lancement est l'aboutissement de plusieurs décennies de travail pour faire mûrir la technologie nécessaire à la construction de cette gigantesque antenne spatiale. LISA nous offrira une nouvelle vision de l'univers. Nous espérons obtenir de nouvelles informations sur ses origines et son développement, par exemple sur la façon dont le Big Bang s'est produit. Peut-être découvrirons-nous également si la théorie de la relativité d'Albert Einstein est valable dans tous les cas, ou s'il existe des déviations qui nous donneraient de nouvelles idées sur les lois fondamentales de la physique.

Comment l'ETH Zurich et l'UZH participent-elles à cette mission ?
Domenico Giardini : L'ETH Zurich joue un rôle central dans LISA. En collaboration avec l'industrie suisse et avec le soutien du Bureau spatial suisse, nous fournissons l'électronique frontale pour le capteur de référence gravitationnelle, le cœur du système de mesure de LISA. Ce capteur permet au vaisseau spatial de suivre la masse de référence. Nous participons également à l'équipe de performance et d'exploitation de l'ESA, en construisant le nœud suisse du centre de traitement des données distribuées. Avec d'autres nœuds européens et américains, ce nœud traite toutes les données envoyées par LISA, construit des modèles globaux de notre univers et identifie le catalogue des sources d'ondes gravitationnelles. Je suis membre du comité exécutif et du conseil d'administration du consortium LISA.

Philippe Jetzer : Dans mon groupe de travail, nous nous sommes concentrés sur l'étude des sources possibles d'ondes gravitationnelles que LISA pourrait observer. À l'aide de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, nous avons calculé différentes formes attendues d'ondes gravitationnelles. Ces différents modèles seront nécessaires ultérieurement pour permettre une analyse beaucoup plus précise des données de LISA. Nos calculs sont donc d'une grande importance pour la planification précise de la mission et pour la suite. Je suis membre de l'équipe de travail scientifique LISA de l'ESA depuis de nombreuses années, ainsi que du conseil d'administration du consortium LISA.

Quels sont les prochains projets de l'équipe de recherche ?
Domenico Giardini : Outre les activités liées à la livraison de l'électronique et à la construction du centre de données suisse, notre recherche se concentrera sur le développement de meilleurs modèles globaux et de pipelines pour l'analyse des données et l'identification des sources d'ondes gravitationnelles. Cela nous permettra de créer un jumeau numérique de notre univers en étroite collaboration avec l'Université de Zurich et d'autres nœuds de l'ESA et de la NASA.

Philippe Jetzer : Après avoir coécrit le livre rouge - un résumé détaillé des objectifs scientifiques et des aspects techniques de la mission LISA - nous commencerons à calculer des modèles d'ondes gravitationnelles de plus en plus performants et à travailler sur d'autres observations qui pourraient être rendues possibles par LISA. Il s'agit de calculs très compliqués qui peuvent être améliorés en permanence. Ces études se poursuivront pendant plusieurs années, certainement jusqu'au lancement des satellites et à l'analyse des données.

L'antenne sera lancée dans l'espace en 2035. Quels sont les autres obstacles que le projet doit encore surmonter ?
Domenico Giardini : L'un des défis sera de terminer les antennes à temps. Il faudra construire trois satellites identiques qui s'enverront des signaux en triangle avec la plus grande précision et sur de grandes distances. Compte tenu de la pénurie d'experts et expertes dans l'industrie et le monde universitaire, nous devons planifier très précisément les processus nécessaires. À ma connaissance, l'équipe ne prévoit pas de défis techniques insurmontables. Des études très détaillées ont été réalisées et nous pouvons nous appuyer sur l'expérience acquise avec le satellite test LISA Pathfinder, qui a connu un grand succès et auquel nous avons également participé.

Qu'est-ce que cela fait d'être impliqué dans un projet aussi prestigieux et aussi long - même si vous ne pourrez probablement pas jouer un rôle actif au moment de son lancement ?
Domenico Giardini : LISA durera plus de 50 ans et trois générations de scientifiques travailleront à la réussite de la mission. Nous sommes évidemment ravis d'avoir le privilège de jouer un rôle central dans cette mission. En 2015, nous avons assisté en direct au fantastique lancement de LISA Pathfinder.

Philippe Jetzer : Nous ne serons pas présents en personne lors du lancement des satellites LISA en 2035. Mais nous sommes convaincus que nous pourrons contribuer à la prochaine phase de préparation, très intensive, et à l'analyse initiale des données. Certains de nos anciens et actuels doctorants et doctorantes et chercheuses et chercheurs postdoctoraux sont toujours impliqués dans la préparation de LISA et sont très actifs dans le domaine de la recherche sur les ondes gravitationnelles. Deux nouvelles chaires seront également créées à l'ETH Zurich et à l'Université de Zurich. D'autres collègues de l'ETH Zurich et de l'UZH sont déjà impliqués ou souhaitent participer à un stade ultérieur.