VIRGO rejoint LIGO pour une prise de données commune

Le 1er août 2017, le détecteur européen d’ondes gravitationnelles VIRGO a officiellement rejoint les deux détecteurs LIGO des Etats-Unis pour une collecte simultanée de données. La sensibilité du détecteur VIRGO est aujourd’hui suffisante pour confirmer une détection, et ainsi permettre de localiser avec une précision accrue la source des ondes gravitationnelles détectées.

A la fin de cette période d’observation, l’instrument continuera son fonctionnement pendant plusieurs semaines afin d’améliorer encore sa sensibilité et en apprendre plus sur les différents bruits qui limitent actuellement les mesures.

« Aujourd’hui, pour la première fois nous avons un réseau de trois détecteurs de seconde génération, capables de localiser la source d’un signal d’ondes gravitationnelles. C’est une avancée majeure et le meilleur est à venir. La sensibilité des instruments va s’améliorer progressivement tandis que de nouveaux détecteurs vont rejoindre le réseau, ouvrant ainsi des perspectives prometteuses pour l’étude multi-messagers de l’Univers » conclut Giovanni Losurdo (section INFN de Pise) ancien responsable du projet « VIRGO Avancé ».

Lire ici l’annonce complète LSC VIRGO.

 

Image: Vue aérienne VIRGO – ©EGO VIRGO

La mission LISA selectionnée par le Science Program Committee de l’ESA

Après de nombreuses années d’études et d’espoir la mission LISA a été officiellement sélectionnée par le Science Program Committee (SPC) de l’ESA comme 3ème mission ‘Large’ (L3) du programme Cosmic Vision. La constellation de trois satellites est conçue pour étudier les ondes gravitationnelles dans l’espace.

C’est une étape majeure dans le développement de LISA. La prochaine grande étape sera l’adoption, attendue vers 2021/2022.

En France, le Laboratoire APC a un rôle central dans LISA, puisqu’il coordonne aujourd’hui, avec le soutien du CNES et d’autres laboratoires partenaires, les deux principales contributions françaises envisagées pour LISA : la mise en place du Centre de Traitement de Données Scientifiques, la gestion des performances et l’Intégration et Tests de la charge utile.

 

Pour plus d’informations:

Laboratoire APC – Page LISA & LisaPathfinder

ESA

NASA

Futura Sciences

 

Photo Lisa concept

© AEI/Milde Marketing/Exozet

Le prix Princesse des Asturies pour les Recherches Techniques & Scientifiques 2017 est attribué à la Collaboration LIGO

06/14/2017

Le prix Princesse des Asturies 2017 pour les recherches techniques et scientifiques a été décerné aux physiciens Rainer Weiss, Kip S. Thorne et Barry C. Barish ainsi qu’à la Collaboration Scientifique LIGO (LSC), le 14 juin 2017 par le jury responsable de son attribution à Oviedo.

©FPA

Pour plus d’informations:

Princess of Asturias Foundation

Les ondes gravitationnelles frappent à nouveau la terre : GW151226

Les collaborations LIGO et Virgo ont annoncé aujourd’hui 15 juin lors de la 228 éme conférence de la Société Américaine d’Astronomie à San Diego une nouvelle détection d’ondes gravitationnelles. Simultanément un article a été publié dans Physical Review Letters.

L’évènement a été observé le 26 décembre 2015 à 3.38.53 UTC par les deux détecteurs LIGO de Livingstone et de Hanford (1.1 milliseconde plus tard). Cet évènement, interprété comme la fusion de deux trous noirs, n’est pas aussi puissant que celui annoncé en février et donc le signal est moins spectaculaire.

GW151226

L’une des raisons est que les deux trous noirs ne sont pas aussi massifs que lors de l’événement de « découverte » GW150914 : les deux trous noirs sont respectivement de 14 et 8 masses solaires, et le trou noir final est de 21 masses solaires. L’analyse utilise des « formes d’ondes » prédites par la théorie et les compare au signal. Le rapport signal sur bruit (la façon quantitative utilisée par les physiciens pour exprimer le fait que le signal ressort du bruit de fond dans le détecteur) est estimé à 13, à comparer avec 24 dans le cas de GW150914.

L’évènement s’est déroulé il y a 1,4 milliards d’années lumière.

En raison de la plus grande durée du signal dans le détecteur, que lors de la première détection, la collaboration LIGO-Virgo a pu déterminer que l’un des deux trous noirs (ainsi que le trou noir final) était en rotation.

Durant la conférence de presse de l’AAS, la collaboration a rappelé qu’un autre évènement (déjà mentionné dans la publication de la découverte) est probablement également une fusion de trous noirs. Appelé LVT151012, LVT pour LIGO Virgo Trigger (« trigger » veut dire « déclenchement »), il a été observé le 12 octobre 2015. Le rapport signal sur bruit étant de 9,7,  la collaboration n’est pas suffisamment confiante pour pouvoir en parler comme d’une découverte. S’il correspondait bien à la fusion de trous noirs, la masse du trou noir final serait de 35 masses solaires.

Si l’évènement du 11 février concluait un siècle de recherches des ondes gravitationnelles, l’annonce d’aujourd’hui ouvre de toute évidence l’ère de l’astronomie des ondes gravitationnelles.

Nous aurons une belle occasion de parler de cette nouvelle découverte pendant le hangout qui se tiendra jeudi 16 juin en conclusion de la deuxième session du cours en anglais Gravity!

 

Jeudi 16 juin: Hangout Gravity! en direct de Stanford sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles

Pierre Binétruy et George Smoot vous invitent à participer à un hangout du Mooc Gravity! dont le thème portera sur les trous noirs et les ondes gravitationnelles. Il sera retransmis ce jeudi 16 juin à 21h00 heure de Paris (19h00 UTC, 20h00 à Londres, 12h00 en Californie), en direct du Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) au SLAC, de l’Université Stanford. Et donc en anglais …

KIPAC_logoLe Hangout  sera retransmis en direct sur Google Hangout et Youtube pendant environ 60 minutes, et vous pourrez y suivre les questions et les réponses. Même si vous n’êtes pas inscrits à cette session du cours en anglais Gravity! vous pouvez dès à présent poser vos questions ci-dessous et sur Twitter en utilisant le hashtag #FLGravity.

Les deux évènements qui seront couverts durant ce hangout sont les premiers résultats  de la mission LISAPathfinder , ainsi que les tout derniers résultats de la collaboration LIGO-Virgo.

Nos invités seront :

tom_abel

Tom Abel est directeur du Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology du laboratoire National SLAC et l’Université de Stanford. Son équipe explore le premier milliard d’années de l’histoire de l’Univers à partir de calculs ab initio utilisant des superordinateurs . Il a démontré que les premiers objets lumineux sont des étoiles super massives et a développé un nouvel algorithme numérique utilisant des méthodes d’adaption de maillage permettant de prendre en compte plus de 14 ordres de grandeur en échelles de longueur et de temps. Plus récemment, il a innové avec un nouvel algorithme pour étudier les fluides sans collision tels que la matière noire.

 

roger

 

Roger Blandford, originaire d’Angleterre, occupait un poste de professeur à Caltech depuis 1976 quand en 2003 il a rejoint l’Université de Stanford pour devenir le premier Directeur du Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology. C’est un expert mondialement reconnu en trous noirs astrophysiques, cosmologie, lentilles gravitationnelles, physique des rayons cosmiques et étoiles massives.

 

 

 

 

michael_landryMichael Landry est le scientifique responsable de la détection à l’observatoire LIGO de Hanford dans l’état de Washington, et physicien à Caltech (California Institute of Technology). Michael a débuté son travail sur les ondes gravitationnelles comme postdoctorant à Caltech en 2000 puis, affecté à l’observatoire LIGO de Hanford, il y est resté comme chercheur. De 2010 à 2015, il a dirigé l’installation du détecteur avancé LIGO de Hanford. Ce travail de collaboration entre les scientifiques de LIGO et la collaboration Virgo, rassemblant un millier de personnes, a culminé lors de la première détection d’ondes gravitationnelles en provenance de la fusion de deux trous noirs annoncée le 11 février 2016.

 

stefano_vitale1Stefano Vitale est Principal Investigator (P.I.) de la mission LISAPathfinder. Il est professeur à l’Université de Trento en Italie et une des personnes clef de la communauté Européenne des ondes gravitationnelles. Il a travaillé sur le détecteur acoustique cryogénique AURIGA avant de rejoindre la mission LISA où il dirige la participation italienne. Il a développé à Trento le laboratoire  qui a conçu le le capteur inertiel qui est au coeur de la mission LISAPathfinder.

 

La fête aux ondes gravitationnelles : supports des présentations

Retrouvez ci-dessous les présentations des chercheurs lors de notre fête aux ondes gravitationnelles ainsi que la vidéo de la dernière session, l’ultime quizz offert  aux apprenants du MOOC Gravité! par Pierre Binétruy.

Merci à tous pour ces journées conviviales et instructives !

fiesta16 001

Pierre Binétruy (Paris Centre for Cosmological Physics/APC)

Préambule à la Fête: les physiciens en ont rêvé pendant 100 ans (français/anglais)

Préambule à la Fête

Eric Chassande-Mottin (Laboratoire APC)

L’histoire de la découverte de GW150914 (anglais)

GW150914_DiscoveryStory_Chassande-Mottin

Matteo Barsuglia (Laboratoire APC)

Les détecteurs LIGO et Virgo (anglais)

InterferometricGW_Detector_Barsuglia

Eric Plagnol (Laboratoire APC)

Nouvelles de LISAPathfinder (anglais)

LPF_Mission_Plagnol

LPF_inSpaceCommunic_plagnol

Antoine Petiteau (Laboratoire APC)

Comment va-t-on analyser les données de LISAPathfinder (français)

LPF_MissionAnalyse_Petiteau

Joël Bergé (ONERA)

La mission Microscope mission et le principe d’équivalence (anglais)

Microscope_JBerge

Pierre Binétruy et tous les participants

Dernier quizz: questions et réponses lors de la dernière session de la « Fête »

Teaser:

La vidéo complète :

https://www.apc.univ-paris7.fr/Downloads/com-apc/Fiesta/FiestaG_II2.mov

29 février 2016 à 17h30, hangout sur la découverte des ondes gravitationnelles

Le 11 février 2016 a été annoncée la découverte des ondes gravitationnelles par les collaborations LIGO et Virgo. Nous organisons la Fête aux Ondes Gravitationnelles  à Paris pour cette occasion historique. De façon à permettre à chacun(e) d’y participer, nous organisons un hangout spécial le lundi 29 février à 17h30, heure de Paris (16h30 UTC).

Posez vos questions!

Vous avez la possibilité de poser vos questions sur cet événement exceptionnel.

Ce Google Hangout sera diffusé en direct sur YouTube et sur Google+ Hangouts pour une durée approximative de 60 minutes, où vous pourrez suivre les questions et réponses en direct.

Si vous n’êtes pas parmi les 80 participants qui ont la chance de pouvoir être présents à Paris pour la Fête, nous vous encourageons à poser vos  questions et nous sélectionnerons les plus représentatives pour les poser à nos hôtes durant le Hangout.  Vous pouvez poser vos questions en français mais le Hangout sera en anglais.

Il y a deux façons de poser vos questions :

  • Vous pouvez envoyer questions et commentaires avant et pendant l’événement en les soumettant à la fenêtre de discussion Google Hangout Q&A [Questions and Answers/Questions et Réponses] (si vous avez un compte Google).
  • Vous pouvez nous envoyer vos questions sur notre compte Twitter @Gravity_Paris, en utilisant le hashtag #FLGravity.

Que se passe-t-il si je ne peux pas voir le hangout en direct?

Ne vous inquiétez pas! Un enregistrement de la discussion sera disponible dès que l’événement sera terminé. Vous aurez accès à cet enregistrement ci-dessous.

Est-ce que télécharger le Hangout veut dire que j’apparais à la caméra?

Non, vous verrez just l’enregistrement en direct comme toute autre vidéo (quoique les utilisateurs Google peuvent soumettre leurs questions en direct à travers l’interface Q&A).

Est-ce qu’un compte Google est nécessaire pour voir un Google Hangout?

Non, vous pouvez voir le  Hangout sans avoir à vous connecter à Google.

Qu’est-ce qu’une onde gravitationnelle?

D’après la théorie de la relativité générale d’Einstein, une masse déforme l’espace-temps. Cette théorie a été observée de façon spectaculaire en 1919, quatre ans seulement après sa publication. Grâce à une éclipse du soleil, on a pu observer que les rayons de lumière qui passent près du soleil suivent des trajectoires légèrement courbées.

 

Puisqu’une masse provoque une courbure de l’espace-temps, une masse en mouvement va entraîner la propagation de la courbure. Si vous jetez une pierre dans un étang vous déclenchez, sur la surface de l’eau, des ondelettes qui proviennent de l’endroit où la pierre est tombée. De même, si une masse se déplace soudainement dans l’Univers, elle va provoquer des ondes de courbure, appelées ondes gravitationnelles, qui se propagent à travers l’espace-temps.

 

Ondes Gravitationnelles

Quelles sont les sources qui génèrent des ondes gravitationnelles? Chaque masse en mouvement créé de telles vagues. Mais nous verrons que les effets du passage d’une onde gravitationnelle sont extrêmement faibles. Nous devons donc nous demander quelles sont les sources les plus puissantes d’ondes gravitationnelles. Ce sont des événements énergétiques comme la rotation rapide de deux étoiles compactes proches (comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs) ou des explosions (par exemple l’explosion de supernovae, ou même le Big Bang lui-même).

 

Comment puis-je savoir si une onde gravitationnelle traverse mon laboratoire ? Parce que la distance ente les objets varie de façon périodique (souvenez-vous qu’une vague est un phénomène périodique). Imaginez des masses réparties sur un cercle comme sur le dessin de gauche ci-dessous.

 

The two types of gravitational wave polarizations

Les deux types de polarisation des ondes gravitationnelles

 

Si une onde gravitationnelle se propage perpendiculairement à l’écran, la distance entre les masses changera et le cercle se déformera périodiquement en une ellipse. Il existe en fait deux types de déformations, qui correspondent à ce qu’on appelle les deux polarisations des ondes gravitationnelles.

 

Le déplacement relatif des masses est très exagéré sur le dessin ci-dessus. En fait, pour les événements cosmiques les plus importants, la variation relative de la distance est inférieure à 10-21, en d’autres termes 1/1000000000000000000000 mètre pour un cercle d’un mètre de diamètre. Il n’est donc pas surprenant que la découverte des ondes gravitationnelles soit une tâche aussi difficile!

 

Pourquoi les ondes gravitationnelles sont-elles si intéressantes?

 

Les effets des ondes gravitationnelles sont minuscules parce que la gravité est une force très faible. Mais inversement, cela signifie que les ondes gravitationnelles interagissent très peu avec leur environnement, et sont donc très peu perturbées par les objets qu’elles rencontrent sur leur passage : elles gardent intactes toutes les informations des sources qui les ont produites. Elles sont donc le messager idéal des évènements cosmiques éloignés.

 

De plus, nous savons depuis Newton que l’Univers dans ses plus grandes dimensions est animé par la gravité. Avec la découverte des ondes gravitationnelles, nous aurons donc la possibilité d’obtenir des informations de première main sur la gravité, à travers la gravité elle-même transformée en ondes !

Détecter les ondes gravitationnelles par interférométrie

Pour pouvoir détecter des ondes gravitationnelles, on doit pouvoir mesurer des variations de distance extrêmement petites (et périodiques). Inutile d’essayer d’utiliser le mètre étalon du Bureau International des Poids et Mesures de Sèvres. On sait depuis longtemps qu’une métrologie précise nécessite d’utiliser un étalon plus raffiné, la longueur d’onde de la lumière.

 

wavelength_FR

La lumière est une onde électromagnétique. Comme toutes les ondes, c’est une oscillation caractérisée par sa longueur d’onde, c’est à dire la distance entre deux crêtes. La longueur d’onde de la lumière visible est une fraction (0.4 à 0.7) de micron (un millionième de mètre).

 

Diapositive2Mais comment transformer de la lumière en outil de mesure ? C’est le physicien Albert A. Michelson qui nous a appris à le faire à la fin du XIXe siècle. Il a utilisé le phénomène d’interférence : lorsque vous projetez une lumière cohérente (de nos jours un faisceau laser) sur une surface percée de deux fentes, les faisceaux lumineux émis par les deux fentes de l’autre côté de la planche interfèrent. On observe sur un écran placé plus loin des zones (appelées «franges») qui sont alternativement lumineuses et sombres. Elles forment une figure d’interférence. L’épaisseur des franges est directement liée à la longueur d’onde de la lumière.

Diapositive4Albert Michelson (1852-1931) comptant des franges

Albert Michelson a utilisé ce phénomène pour mesurer les distances dans une installation appelée interféromètre. Dans sa version moderne, un faisceau laser est projeté sur une lame séparatrice qui le divise en deux: chaque faisceau est ensuite réfléchi sur des miroirs éloignés pour revenir au séparateur de faisceau où ils sont recombinés pour interférer sur un écran un peu plus loin. Les deux bras de l’interféromètre sont les trajectoires des deux faisceaux indépendants. La figure d’interférence sur l’écran final dépend de la différence de longueur des deux bras.

Interféromètre de Michelson

Interféromètre de Michelson

 

Si une onde gravitationnelle traverse un interféromètre, les distances comme la longueur des bras changent périodiquement, ce qui provoque une variation périodique de la figure d’interférence. Ceci permet de détecter une onde gravitationnelle.

 

Quels détecteurs pour les ondes gravitationnelles?

Comme pour n’importe quelle onde, une onde gravitationnelle est caractérisée par sa vitesse, sa longueur d’onde et son amplitude.

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La relativité générale prédit que la vitesse est la même que celle de la lumière. Ceci devra être vérifié quand les ondes gravitationnelles seront découvertes.

La longueur d’onde est directement reliée à la taille du site cosmique (système binaire ou explosion) qui en est la source. Pour comprendre cela, notez que, dans la photographie ci-dessous, la taille de la goutte détermine la longueur d’onde (distance entre les crêtes des vagues). C’est un phénomène similaire pour les ondes gravitationnelles. Par ailleurs la taille du détecteur doit être du même ordre que la longueur d’onde, ni plus grand, ni plus petit. Donc la taille du détecteur doit être du même ordre que la taille du site cosmique.

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On a donc construit deux types de détecteurs :

  • Pour les sites cosmiques de petite taille, correspondant par exemple à des longueurs d’onde de quelques milliers de kilomètres : les interféromètres terrestres
  • Pour les sites cosmiques de grande taille, correspondant par exemple à des longueurs d’onde de plusieurs dizaines de millions de kilomètres : les interféromètre spatiaux

 

Finalement, l’amplitude de l’onde dépend de l’intensité de l’événement, qui est mesurée par la masse ayant produit le déplacement de courbure. Dans les grands sites cosmiques, il y a généralement beaucoup plus de masse disponible, et donc les signaux sont plus puissants pour les détecteurs spatiaux. Pour les détecteur terrestres, les signaux sont plus faibles et donc seuls les évènements ayant lieu à une distance relativement proche sont accessibles.

 

Il y a également deux autres façons de détecter les ondes gravitationnelles.

L’une utilise les pulsars milliseconde, c’est à dire des sources cosmiques présentes dans notre galaxie qui émettent des impulsions électromagnétiques observées sur terre. Quand une onde gravitationnelle passe entre la source et nous, elle induit une distorsion du temps qui peut être mesurée. En utilisant plusieurs de ces sources, on obtient un détecteur de la taille de notre galaxie (disons des dizaines de milliers d’années lumière).

On peut également regarder l’effet des ondes gravitationnelles primordiales produites dans l’Univers primordial lorsque la première lumière est apparue 380 000 ans après le Big Bang. Elles ont tendance à polariser cette lumière dite du fond cosmologique. Dans ce cas, comme la lumière du fond remplit l’Univers primordial, on pourrait dire qu’on utilise un détecteur de la taille de cet Univers. C’est cette polarisation que l’expérience BICEP2 pensait avoir détecté il y a quelques années.

 

En résumé, le schéma ci-dessous montre la diversité des échelles où l’on espère détecter les ondes gravitationnelles, et les techniques  qui nous permettraient de les étudier.

Spectre des ondes gravitationnelles (A la poursuite des ondes gravitationnelles, Dunod)

Spectre des ondes gravitationnelles (A la poursuite des ondes gravitationnelles, Dunod)

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