1- Un défis technologique :

Actuellement, les plus grandes prouesses technologiques en matière de détection et de mesure des phénomènes physiques se réalisent avec la vérification des effets relativistes tels que les Ondes gravitationnelles. A ce titre, le projet Virgo allie à la fois gigantisme, précision et perfection des composants.

Vu du ciel, de Virgo, l'instrument de mesure des ondes gravitationnelles.

2- Les ondes gravitationnelles

Les équations d'Einstein de la relativité ont une conséquence directe : une masse accélérée rayonne de l'énergie sous forme d'une perturbation de la métrique de l'espace-temps (déformation locale de l'espace temps) qui se propage à la vitesse de la lumière. On appelle cela une "Onde Gravitationnelle". Ceci résulte du fait que les équations d'Einstein, après linéarisation, présentent des solutions radiatives (émission d'ondes). Concrètement, la gravité excercée par les corps massifs courbe l'espace.

Cette notion à permis d'expliquer les phénomènes des lentilles gravitationnelles (dédoublement des images des corps célestes observés par téléscope). A plusieurs reprise ont été observés dans l'espace d'étrange jumeaux à proximité de masses gigantesques (galaxies, quasars étoiles géantes). Ceci est dû au fait que la gravité exercée par ces astres est tellement puissante que la courbure de l'espace temps influe sur la propagation des rayons lumineux qui sont déviés. On voit alors deux astres (ou plus) au lieu d'un seul .

Principe de la lentille gravitationnelle

Image acquise par le VLT : les tâches bleues sont les images de la même galaxie

Plus simplement, une onde gravitationnelle est une perturbation du champ gravitationnel qui se diffuse dans l’espace à la vitesse de la lumière. On peut comparer ce phénomène à des ondulations crées par une pierre jettée à la surface d’une eau tranquille.

Déformations de l'espace temps dues aux corps massifs

Les ondes gravitationnelles ne sont pas arrétées par la matière. Elles traversent l'univers sans jamais être stoppées.

En savoir plus sur les ondes gravitationnelles

3- L'interféromètre de Michelson géant : le Projet Virgo

Inauguré le 23 juillet 2003 à Cascina, Virgo est un interféromètre de Michelson géant. Ses bras mesurent 3 km de long et il est capable de démultiplier le trajet optique pacouru par la lumière jusqu'à 120 km.

L'interféromètre de Michelson réalise une interférence à deux ondes. Il est composé de deux bras. Au bout de chaque bras se trouve un miroir.

A partir d'un rayon laser de très grande cohérence, on créée deux ondes à l'aide d'un séparateur de faisceaux (lame séparatrice). On dispose alors de deux ondes identiques strictement cohérentes. Une deux deux ondes est envoyée sur un miroir en traversant la séparatrice puis renvoyé vers la lame séparatrice. Le deuxième rayon par, réflexion sur la lame, est renvoyé vers l'autre miroir puis après avoir retraversé la lame séparatrice est superposé au deuxième rayon.

Si les deux rayons ont parcouru la même distance, les deux ondes sont parfaitement en phase et on n'observe une teinte plate. Dans le cas où les distances sont très légèrement différentes, on observe alors une figure d'anneaux d'Haidinger ou anneaux d'interférences.

Dans le cas de la détection des ondes gravitationnelles, on va s'intéresser, aux fluctuations de cette différence de marche optique. La différence de marche optique va influer sur l'allure de la figure d'interférences.

Les ondes gravitationnelles produisent des effets sur tous les corps possédants une masse. Le principe va donc être d'essayer de mesurer les déplacements produits par une onde gravitationnelle sur un des miroirs. Le déplacement créé va donc induir une différence de marche optique et provoquer une modification de la figure d'interférence.

En stabilisant parfaitement le système (isolation de toutes les vinrations), on peut arriver à avoir une figure d'interférences stable. Lorsqu'une onde gravitationnelle va arriver sur le miroir, on sera certain de n'observer les fluctuations uniquement dues à l'onde.

Ceci est rendu possible grâce à la formidable sensibilité de l'interféromètre de Michelson.

4- Quelques images

Miroir Virgo

Illustration de la théorie

Schéma de Virgo

Support de la séparatrice

Plus d'information sur Virgo : http://www.virgo.infn.it/