Le projet Einstein Telescope pourrait nous aider à résoudre l'énigme de l'Univers...

Quand parviendrons-nous enfin à comprendre notre Univers dans son intégralité ? Quand apporterons-nous enfin une réponse à toutes les questions que nous nous posons sur la naissance de notre Univers ? Sur le Big Bang ? Sur les trous noirs ?

Nous sommes pour le moment incapables de le savoir, mais nous avançons sur cette voie en imaginant des projets et des instruments qui nous aiderons dans cette étude.

Un projet de grande envergure

Le Einstein Telescope (ET) est un projet européen proposé en 2020 auprès du « European Strategic Forum for Research Infrastructures » (ESFRI). Il s’agit d’un détecteur d’ondes gravitationnelles de troisième génération, qui repose sur l’expérience acquise avec les détecteurs actuels, tels que LIGO aux États-Unis ou encore Virgo en Europe. L’intérêt de ce genre de détecteurs est d’obtenir une meilleure connaissance des trous noirs, et donc de tester la théorie de la relativité générale. Le Virgo est un détecteur de deuxième génération situé près de Pise, en Italie, qui est né d’une collaboration entre le CNRS (France) et l’INFN (Italie). Il est constitué d’un interféromètre laser long de trois kilomètres. En comparaison, le Einstein Telescope sera constitué de trois interféromètres lasers géants, longs dix kilomètres et disposés en triangle. Les interféromètres seront enfouis à 300 mètres sous le sol afin de s’affranchir du bruit sismique de surface (bruit lié aux vibrations de la Terre) et les miroirs seront refroidis à une température cryogénique, pour réduire les vibrations thermiques.

Vue d'ensemble et fonctionnement optique du détecteur

Les ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles sont des oscillations du tissu de l’espace-temps, qui se déplacent à la vitesse de la lumière et finissent par arriver jusqu’à notre planète. Nous pouvons alors utiliser des interféromètres pour mesurer la déformation de l’espace-temps, et donc recevoir des informations sur des objets que l’on ne peut pas observer directement, comme des trous noirs. Elles ont été prédites par Einstein en 1915 et leur existence a été prouvée en 1974. Cependant, les premières ondes gravitationnelles n’ont été détectées directement que le 14 septembre 2015. Ces ondes provenaient de la fusion entre deux trous noirs, chacun 30 fois plus massifs que notre Soleil, et situées à environ 1,3 milliards d’années-lumière de la Terre.

Représentation des ondes gravitationnelles, Futura Sciences

Quelles avancées grâce à ce projet ?

La taille et l’espacement des interféromètres du télescope Einstein ont pour but d’augmenter la sensibilité du capteur, car les ondes gravitationnelles sont très faibles et donc très difficiles à détecter. Sa configuration lui donnera une sensibilité dix fois plus grande que celle de ses prédécesseurs, lui permettant de détecter plusieurs centaines de milliers d’évènements par an (contre seulement 90 signaux enregistrés entre 2015 et 2020). L’élimination des bruits parasites permettra de récolter des données beaucoup plus précises et détaillées. Le Einstein Telescope pourrait « voir » jusqu’à l’âge sombre de l’Univers, une période qui a débuté environ 380 000 ans après le Big Bang. A cette époque de l’Univers, le gaz ionisé produit par le Big Bang s’est refroidi et est devenu neutre. L’Univers s’est assombri et comme les étoiles ne s’étaient pas encore formées, cette période a été qualifiée d’âge « sombre ». Étudier cette période pourrait nous apprendre des choses sur la naissance de l’Univers, sur la matière noire et l’énergie noire dont nous ne savons presque rien, ou encore sur les trous noirs. Puisque les ondes gravitationnelles sont détectées pour des évènements violents (fusions des trous noirs, mort d’étoiles massives…), le Einstein Telescope sera également utile pour étudier les propriétés de la matière lorsqu’elle est soumise à des conditions de densité extrême, ou comprendre la physique à l’œuvre dans l’explosion des étoiles en supernovæ.

Portée du détecteur d'ondes gravitationnelles, Consortium Einstein Telescope

Quelle date de mise en service ?

Pour le moment, des études sont faites quant à la faisabilité du projet. Un prototype devrait être réalisé et le choix du site d’implantation effectué. La région frontalière des Pays-Bas, de la Belgique et de l’Allemagne est pressentie comme étant le futur site du détecteur, grâce à la stabilité du sol dans cette région de l’Europe. La construction, quant à elle, devrait démarrer en 2026, pour une mise en service espérée en 2035. Une fois sa construction achevée, il faudra de nombreuses années d’études pour obtenir des données, les traiter, et en tirer des conclusions intéressantes pour faire avancer la science. Cela ne décourage pas les scientifiques du monde entier, qui savent que leur investissement et leurs travaux finiront par aider à la compréhension globale de l’Univers. Dans quelques années, nous pourrons peut-être obtenir des réponses, que ce soit avec le Einstein Telescope, ou avec son successeur…

Sources :

https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/le-projet-einstein-telescope-detecteur-dondes-gravitationnelles-de-troisieme-generation-en https://www.et-gw.eu/

https://www.einsteintelescope.nl/fr/ https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-onde-gravitationnelle-4003/