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.

 

Premiers résultats pour LISAPathfinder: feu vert pour la mission LISA

Les premiers résultats de la mission LISAPathfinder ont été présentés ce mardi 7 juin dans une conférence de presse organisée par l’ESA, et publiés dans la revue Physical Review Letters. Et ils sont encore meilleurs que prévu.

Cette mission technologique a été lancée le 3 décembre de Kourou (regardez le lancement ici et rencontrez l’équipe technique qui a participé à un hangout de Gravity ! quelques heures avant le lancement).

Cette mission teste un aspect clef du futur observatoire spatial d’ondes gravitationnelles, nommé LISA : elle mesure la variation de distance, liée au passage d’une onde gravitationnelle, entre deux masses d’épreuve qui sont en chute libre, c’est-à-dire qui suivent des trajectoires sous l’action de la seule force gravitationnelle. Afin de protéger les masses de toute perturbation, un ingénieux système, dit « à compensation de traînée », a été conçu. Il consiste à utiliser le satellite pour protéger de toute perturbation la masse d’épreuve placée en son centre.

Pour en comprendre le fonctionnement, imaginez qu’une micrométéorite heurte le satellite: le satellite se déplace latéralement, la masse d’épreuve n’est donc plus centrée, le satellite détecte cette anomalie grâce à ses capteurs et actionne ses micro propulseurs pour se recentrer autour de la masse d’épreuve.

Bien entendu, un tel dispositif n’est jamais parfait, et la masse d’épreuve ressent de très faibles perturbations, mais le but de LISAPathfinder est de démontrer que les perturbations sont suffisamment faibles pour détecter avec confiance des ondes gravitationnelles.

Quantitativement, le but est de minimiser les forces parasites agissant sur les masses d’épreuve. Mais une force provoque une accélération et l’objectif de LISAPathfinder est donc de minimiser les accélérations parasites (on parle de bruit d’accélération). L’objectif initial de la mission était d’atteindre, sur une période de 1000 secondes, un bruit d’accélération  inférieur à une fraction de l’accélération de pesanteur de l’ordre de 10-13. C’est un facteur dix moins bon que ce qui sera nécessaire pour la mission LISA.

LISAmission

 

Comme réaliser cela? Dans la future mission LISA, les masses test sont placées au centre de chaque satellite, à 5 millions de kilomètres de l’un de l’autre. Les rayons laser relient les trois satellites, formant ainsi un gigantesque triangle. Les variations relatives de distance sont mesurées par interférométrie, exactement comme les détecteurs terrestres, tels que LIGO.

 

 

Dans LISAPathfinder, un bras de la future mission LISA est réduit à 38 cm de façon à localiser les deux masses test dans un seul satellite. La distance entre ces deux masses est  contrôlée par des faisceaux laser qui forment un interféromètre très similaire à celui envisagé pour LISA (si ce n’est la distance parcourue par les faisceaux).

ESA_LISA_Pathfinder_LTP_Interferometer

Il n’est pas possible d’avoir les deux masses en chute libre simultanément, car leurs orbites sont très semblables mais pas exactement identiques. C’est pourquoi l’on utilise l’une des masses comme référence, alors que l’autre masse est laissée libre. C’est cette seconde masse dont on vérifie qu’elle est en chute libre, au moins dans les limites requises de bruit d’accélération.

« Les mesures ont dépassé nos attentes les plus optimistes » a commenté Paul McNamara, Responsable Scientifique ESA de la mission. « Nous avons atteint le niveau de précision requis à l’origine pour LISAPathfinder dès le premier jour, et nous avons donc passé les semaines suivantes à améliorer les résultats en faisant cinq fois mieux ».

Effectivement, comme montré sur la figure suivante qui est tirée de l’article publié, le bruit d’accélération atteint est 5 fois plus petit que celui qui était requis, en fait il est presque du niveau de ce qui est nécessaire pour la mission LISA, et même meilleur aux hautes fréquences.

figure_paper_fr

« Non seulement on voit les masses d’épreuve pratiquement immobiles, mais on a identifié avec une précision sans précédent la plupart des forces minuscules qui les perturbent », explique Stefano Vitale, chercheur responsable scientifique de la mission.

Ce succès donne évidemment le feu vert pour l’observatoire spatial d’ondes gravitationnelles, la troisième grande mission (L3) de l’Agence Spatiale Européenne, connue sous le nom de LISA (ou eLISA). Cette mission était originellement prévue pour un lancement en 2034 mais le succès de la mission technologique, et la découverte historique des ondes  gravitationnelles par le détecteur LIGO, offrent des arguments forts pour avancer significativement le calendrier.

Les masses d’épreuve de LISAPathfinder libérées : une étape majeure franchie

Les cieux de la gravitation semblent être propices ces jours-ci. Alors que la collaboration LIGO annonçait la découverte des ondes gravitationnelles, l’équipe de LISAPathfinder effectuait une manipulation difficile : la libération des deux masses d’épreuve qui s’est déroulée avec succès ce matin.

Freely_Floating_in_space

Laissez moi vous expliquer ce que cache le communiqué de presse policé de l’ESA, et pourquoi tous les membres du projet eLISA étaient soulagés et joyeux aujourd’hui. En effet, comme vous pouvez le constater dans le Tweet ci-dessous à la réaction de Stefano Vitale, le scientifique responsable de la mission, et de César García, le Chef de Projet.

 

LISAPathfinder teste le principe de base derrière la mission eLISA: celle-ci doit pouvoir mesurer les variations de distance entre deux masses d’épreuve qui ne sont soumises qu’à la gravitation, en d’autres mots qui flottent librement dans le cosmos. Ces masses d’épreuve sont de petits cubes en alliage or-platine de 46 mm de côté.

©CGS SpA

Masse d’épreuve ©CGS SpA

Pendant la phase expérimentale, les masses flottent dans un habitacle, appelé boitier d’électrode. Grâce à ces électrodes, le satellite contrôle en permanence la position de la masse d’épreuve et met en route ses micropropulseurs externes afin de changer sa propre position et de se repositionner pour que les cubes restent au centre de leur boitier. De cette façon, le satellite protège les masses d’épreuve des perturbations externes.

Mais il y a une difficulté : alors que la masse d’épreuve flotte une fois arrivée à destination, elle doit être solidement arrimée pendant le lancement : sinon de fortes vibrations la secoueraient dans son habitacle, ce qui pourrait provoquer des dommages irréparables.

 

(c) University of Trento

Electrode housing © University of Trento

Et c’est là un problème d’ingénierie très délicat, qui a donné des cauchemars à l’équipe de l’ESA (et, dans un premier temps à la NASA) : il était connu de tous dans la mission comme « le tristement célèbre mécanisme de mise en cage». Comment libérer la masse d’épreuve une fois que vous l’avez bloquée? La difficulté est que, une fois fermement tenue, la masse d’épreuve adhère aux doigts métalliques qui la maintiennent. Mais il faut la relâcher très doucement, car on ne peut exercer que d’infimes forces dessus.

La solution finalement adoptée est basée sur une procédure en deux étapes.

Pendant le lancement de LISAPathfinder et les six semaines du voyage vers sa destination, chaque cube était tenu en place fermement par huit « doigts » s’appuyant sur chaque face. Le 3 février, les doigts de compression ont été repliés et une valve ouverte pour permettre aux molécules de gaz présentes autour des cubes de s’évacuer dans l’espace. Chaque cube est resté au milieu de son habitacle tenu par deux tiges poussant dessus en sens inverse.

IEEC© IEEC

Les tiges ont finalement été relâchées d’une masse d’épreuve lundi 15 et de l’autre mardi 16 février, laissant les cubes flotter librement, sans aucun contact mécanique avec le satellite.

Nos congratulations au Chef de Projet, César García, et à toutes les équipes techniques impliquées dans ce succès !

Il faudra attendre encore une semaine avant que les cubes ne soient laissés complètement à la merci de la gravité, sans aucune autre force agissant sur eux. Avant cela, des forces électrostatiques infimes sont appliquées pour que les cubes se déplacent en suivant le satellite dans son vol légèrement perturbé par des forces extérieures comme la pression de la lumière du soleil.

Le 23 février, l’équipe passera LISAPathfinder en mode scientifique pour la première fois, et réalisera l’inverse : les cubes seront alors en chute libre et le satellite commencera à détecter tout mouvement par rapport à eux qui serait dû à des forces externes. Les micropropulseurs donneront des poussées infimes afin de garder le vaisseau spatial centré sur une masse.

Le mot final revient à Stefano Vitale : « En libérant les masses d’épreuve de LISAPathfinder, nous avons franchi une autre étape en astronomie des ondes gravitationnelles durant ce mois mémorable : les masses-test sont, pour la première fois, suspendues en orbite et peuvent maintenant être soumises à des mesures ».

Pierre Binétruy

LISAPathfinder arrive à destination

Après un voyage de six semaines, LISAPathfinder est arrivé aujourd’hui à sa destination, le point de Lagrange L1, un point sur la ligne virtuelle joignant la terre au soleil, à quelque 1.5 million km de nous, où les effets gravitationnels des deux astres sont équilibrés par la force centrifuge.

L’arrivée de LISAPathfinder fait suite à une dernière poussée fournie par le module de propulsion le 20 Janvier. Ce court allumage de 64 secondes était destiné à modifier légèrement sa vitesse et à orienter le vaisseau dans la direction de sa nouvelle orbite autour de L1. “Nous avions prévu deux poussées pour nous amener sur l’orbite finale autour de L1 mais une seule a été suffisante,” dit Ian Harrison, Chef des Opérations du Satellite au centre d’opération ESOC de l’ESA à Darmstadt en Allemagne, où les équipes de contrôle de la mission sont basées.

LISAPathfinder journey from the Earth to L1

Voyage de LISAPathfinder de la terre jusqu’à L1

Depuis le lancement, le module de propulsion a élevé l’orbite autour de la terre six fois de suite, la dernière pour l’amener à L1. 

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Le module de propulsion s’est séparé du satellite scientifique à 11:30 GMT (12:30 CET) après que l’ensemble des deux ait été mis en rotation pour des questions de stabilité.

“La chaleur et les vibrations des propulseurs chauds du module auraient causé trop de perturbations durant la délicate phase de démonstration technologique de la mission,” note Ian. “La propulsion de base durant le reste de la mission sera fournie par les micro-propulseurs pour nous garder à proximité de L1.” Ces petits propulseurs ont été utilisés juste après la séparation pour arrêter la rotation et stabiliser le satellite.

La semaine prochaine, la trajectoire de LISAPathfinder sera ajustée grâce à une série de brèves poussées des micro-propulseurs, l’amenant sur son orbite finale, une orbite de 500 000 km × 800 000 km autour de L1.

La prochaine étape délicate sera la libération finale des masses test les 15 et 16 février prochains.

Après une semaine d’orbite terrestre, direction L1

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Depuis le lancement de LISAPathfinder, le jeudi 3 décembre 2015, les équipes de l’ESOC (European Space Operations Centre) à Darmstadt travaillent jour et nuit pour assurer les manoeuvres orbitales. Comme illustrées sur la figure, ces manoeuvres consistent à corriger la trajectoire et à augmenter par des poussées successives l’altitude de l’apogée, c’est-à-dire le point de l’orbite le plus éloigné de la Terre. A chaque poussée le moteur du module de propulsion est allumé pendant plusieurs dizaines de minutes.

Juste après le lancement l’apogée était à 1540km d’altitude. La première poussée a eu lieu le samedi 7/12/2015 à 5h02 avec une augmentation de vitesse de 393 m/s ce qui a monté l’apogée à 3392km. Puis le même jour une autre poussée à 17h20 a monté l’apogée à 7105km (+ 552 m/s). Ensuite, le mardi 8/12/2015, deux nouvelles poussées ont permis d’atteindre des orbites avec des apogées à 14488km (+ 603 m/s) puis à 44526km (+ 807 m/s). Enfin la cinquième poussée a eu lieu le 10/12/2015 à 0h34 avec une augmentation de vitesse de 398 m/s ce qui a monté l’apogée à 129122km.

Finalement après avoir fait des tests de performance du moteur, celui-ci a été allumé samedi 12 à 5h18 pendant 6mn pour effectuer la dernière poussée (+ 234 m/s). Elle a permis d’éjecter LISAPathfinder hors l’orbite terrestre et de mettre le satellite sur trajectoire en direction du point de Lagrange L1. Il va falloir maintenant presque cinquante jours pour parcourir les 1.5 millions de kilomètres qui sépare la Terre de L1.

Bon voyage LISAPathfinder, arrivée prévue fin janvier 2016 !

Antoine Petiteau

Antoine Petiteau

Regardez avec nous le lancement de LISAPathfinder : Lancement reprogrammé le 3 Décembre à 4 :04GMT

Après un superbe Hangout avec l’équipe technique de LISApathfinder, rejoignez-nous ici sur gravity! pour regarder en direct les images du lancement de la mission à partir de Kourou.
Le lancement est reporté le 3 Décembre à 4h04 GMT (05h04 heure de Paris, 01h04 heure de Kourou).
Nous commencerons à diffuser à 3h45 GMT (4 h45 heure de Paris). Vous pouvez regarder l’événement sur Arianespace TV: http://www.arianespace.tv

Bonjour.

Suivez l’événement ici et commentez ci-dessous.

Décollage.
Premier étage maintenant séparé.
Altitude 97 km
Carénage séparé. On peut voir le satellite maintenant!
Altitude 300 km de la Terre
Altitude 370 km, 4400 km de la Terre: tout est normal
Altitude 400 km, la première phase balistique
Prochaine phase importante à 5:45 GMT! Les commentaires recommencent sur arianespace.tv à 5.42 GMT.
La séparation effectuée

Premier signal de LISAPathfinder satellite séparé.
Séparation confirmée! Tout le monde applaudit et se félicite à Kourou. Le lancement est un succès. LISAPathfinder est en chemin vers le point de Lagrange L1.

Voir la vidéo du lancement (compte à rebours final à la minute 13:00: vous pouvez reconnaître Jon Harr qui a participé au Hangout lundi; la vidéo est également commentée par Paul McNamara, LISAPathfinder scientifique du projet, qui était notre hôte à Kourou pour le Hangout; et vous reconnaîtrez également Cesar Garcia, chef de projet, très occupé en ce moment, par exemple à la minute 22:20):

 

Succès du lancement de LISAPathfinder

Liftoff of Vega carrying LISAPathfinder - ESA

Liftoff of Vega carrying LISAPathfinder – ESA

Nous avons vécu des moments d’émotions intenses cette nuit à Kourou.

Tous les voyants étaient au vert quand la fusée Vega a magnifiquement décollé à une vitesse impressionnante. Le stress était là à chacune des manœuvres qui se déroulaient dans un silence seulement ponctué par de brèves annonces. Il a fallu attendre presque 2 heures, le temps que LISAPathfinder fasse un peu plus d’un tour de la Terre, pour avoir la confirmation que nous étions sur la bonne orbite et enfin laisser éclater notre joie.

C’est bientôt aux équipes scientifiques dont celle du Laboratoire APC de faire de cette mission un succès!

Kourou, 3 décembre 2015

Antoine Petiteau

Antoine

Nous décollons cette nuit!

Depuis hier les discussions étaient naturellement centrées sur la compréhension du problème de la fusée et sur le fait de savoir si nous allions décoller ou non … le stress et l’inquiétude se faisaient sentir. Le problème est que lors de la mise en orbite de LISAPathfinder, une partie du dernier étage de la fusée risquerait d’être un peu trop froid pour fonctionner correctement.

Ce matin nous avons découvert la faune guyanaise à travers la visite du zoo. Sur le chemin du retour, nous avons noté une activité importante des militaires de la légion étrangère ce qui nous a laissé penser que quelque chose se préparait. En effet avant un lancement, l’armée sécurise tout le site.

Lors du déjeuner, le responsable scientifique de la mission qui était auprès de nous a reçu un SMS du « project scientist » de l’ESA : « We go for launch ». L’information a été confirmée 30 mn plus tard par l’annonce officielle du responsable des lancements à l’ESA et du responsable d’Arianespace : les aspects thermiques du dernier étage de la fusée ont été largement réétudiés et montrent qu’il n’y a pas de problème critique. LISAPathfinder décollera cette nuit à 1h04 (heure Kourou), soit 5h04 en France. Tout le monde applaudit ! Suite des évènements cette nuit !

The announcement that LISAPathfinder is ready for launch

Annonce du lancement de LISAPathfinder

Kourou, 2 décembre, 15:00 heure locale

Antoine Petiteau

Textes : Antoine

Lancement reporté

2015-12-01_LPF_postponed

Ce midi avant le déjeuner nous avons appris que le lancement n’aurait pas lieu cette nuit. Il y aurait un  problème thermique potentiel sur l’AVUM, le dernier étage de Vega qui assure le positionnement sur la bonne orbite. Les équipes de Vega et d’Arianespace se donnent 24 heures pour évaluer si cela est critique ou non.

Pour l’instant le lancement est planifié pour le 3 décembre à 4h04.

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