Kagra, le détecteur d'ondes

gravitationnelles japonais, s'éveille

Une vue d’un des tubes à vide du détecteur d’ondes gravitationnelles Kagra. Il est enterré afin de l’isoler autant que possible d’un bruit de fond de vibrations. Sa conception et son fonctionnement ressemblent à ceux de Ligo et Virgo. © ICRR

La détection par Advanced Ligo de l'onde gravitationnelle GW150914 a été un fantastique cadeau d’anniversaire pour la célébration des 100 ans de la découverte de la théorie de la relativité générale. Une ère nouvelle s’est ouverte, celle de l'astronomie gravitationnelle. Comme toujours avec l’apparition d’un instrument de mesure en science, des perspectives inattendues surgissent. Certains astrophysiciens commencent à penser qu’avec GW150914, on n’a pas seulement découvert le premier trou noir binaire qui ne soit pas supermassif mais également la nature d’une partie de la matière noire.

Beaucoup de travail reste encore à faire pour vérifier ces hypothèses. On aimerait bien notamment pouvoir observer des sources puissantes d’ondes gravitationnelles qui soient associées à des sources électromagnétiques et pourquoi pas, des bouffées de neutrinos. Mais pour cela, il faut pouvoir localiser précisément sur la voûte céleste ces sources d’ondes gravitationnelles. Cela est possible si l’on dispose de plusieurs détecteurs similaires à Advanced Ligo (aLigo) répartis sur la Planète.

Avant de s’appeler Kagra, le détecteur d’ondes gravitationnelles de Kamioka s’appelait le Large Scale Cryogenic Gravitational Wave Telescope (LCGT). Comme on le voit sur ce schéma, il est installé au Japon au voisinage du détecteur de neutrinos Super-Kamiokande. © ICRR

Kagra, un interféromètre comme Ligo et Virgo

Virgo, le cousin européen de aLigo, est en phase d’upgrade pour devenir aVirgo cette année. Une autre machine similaire est sur le point d’entrer en fonction au Japon. Il s’agit du Kamioka Gravitational Wave Detector (Kagra). Comme son nom le laisse deviner, cet instrument est enfoui à plus de 200 mètres de profondeur dans la fameuse mine de Kamioka qui héberge déjà le célèbre détecteur de neutrinos Super-Kamiokande utilisé notamment par le prix Nobel de physique Takaaki Kajita avec ses travaux sur les oscillations de neutrinos. Sans surprise, Kajita est actuellement le directeur de Kagra.

Le détecteur fonctionne sur les mêmes principes que Ligo et Virgo, à savoir des tubes à vide de plusieurs kilomètres de long formant un L et constituant un interféromètre dans lequel circulent des faisceaux lasers. Le passage d’une onde gravitationnelle fait varier la longueur des trajets de sorte qu’une figure d’interférence est modifiée. Mais pour obtenir un signal exploitable, il faut déployer des trésors d’ingénieries, notamment en cryogénie et pour isoler des bruits sismiques des miroirssur lesquels se réfléchissent les faisceaux lasers.

Des tests de fonctionnement ont commencé cette année. Si tous se déroulent comme prévu, la machine sera à jour et devrait commencer à prendre des données entre 2017 et 2018.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

Les ondes gravitationnelles sont des déformations de l’espace-temps prédites par Einstein. Il serait possible de les mesurer avec des outils appropriés. L’éditeur littéraire Dunod a interviewé Pierre Binétruy, professeur au laboratoire Astroparticule et Cosmologie de l'université Paris Diderot, afin d’en savoir plus sur ces mystérieuses ondes et sur la façon dont on pourrait les détecter.