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Communiqué de presse

 

Paris, le 7 juin 2016

 

 

LISA Pathfinder surpasse les attentes

 

Mission accomplie pour le satellite LISA Pathfinder, après seulement deux mois d'opérations scientifiques. Les essais technologiques pour le futur observatoire spatial d'ondes gravitationnelles Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA) sont validés et les performances du démonstrateur de l'Agence spatiale européenne (ESA) sont supérieures aux attentes. Ces 1ers résultats, auxquels a contribué le laboratoire d'Astroparticule et cosmologie (APC, CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris), sont publiés le 7 juin 2016 dans la revue Physical Review Letters.

 

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 L1, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. 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, 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 qui ne sont pas liés mécaniquement au reste du satellite mais « flottent » dans des cavités distantes de 38 cm. 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.

 


Vue d’artiste du satellite LISA Pathfinder © ESA/C.Carreau

 

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 déterminée seulement par la gravité. Par ailleurs, le système mesurant par laser 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 femtomètres1 près (un dix-millième de la taille d'un atome).

Ce succès est prometteur pour la conception d'eLISA, le futur observatoire spatial d'ondes gravitationnelles, qui 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 et détecteront la moindre variation de cette distance, signe du passage d'une onde gravitationnelle.

 

Vue d'artiste du vaisseau "mère" e-LISA avec ses deux faisceaux laser lors du passage d'ondes gravitationnelles © AEI/MM/exozet / GW simulation: NASA/C. Henze

 

Prédites par Albert Einstein il y a un siècle, les ondes gravitationnelles sont des perturbations infimes de l'espace-temps produites par les phénomènes les plus violents de l'Univers. Elles ont été détectées directement pour la première fois au sol en septembre 2015 par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Le consortium LIGO-Virgo a observé un signal caractéristique de deux trous noirs en orbite spiralante l'un autour de l'autre, juste avant leur fusion.

Cette découverte historique a ouvert un champ d'observation inédit en astronomie : 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 à ce nouveau champ d'observation 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, qui émettent des ondes gravitationnelles de basse fréquence, noyées dans le bruit de fond sur Terre.

L'APC est fortement impliqué dans le projet : plusieurs chercheurs se rendent régulièrement au Centre européen des opérations spatiales (ESOC, 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.

 

Notes

1 Un femtomètre (fm) vaut un millionième de milliardième de mètre (10-15 mètre).


Référence

"Sub-femto-g free-fall for space-based gravitational wave observatories: LISA Pathfinder results",
M. Amarno et al., Physical Review Letters 11, 231101.

 

Pour en savoir plus

 

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