Lorsqu’une onde gravitationnelle traverse la Terre, elle étire l’espace lui-même dans une direction et se comprime dans l’autre, de sorte que les deux “bras” du détecteur grossissent et rétrécissent en fait par petites quantités. Cela signifie que chaque faisceau de lumière parcourt une distance légèrement différente, ce qui apparaît dans le motif de lumière laser recombiné sous la forme d’un pic de fréquence appelé “chirp cosmique” – c’est le signal d’onde gravitationnelle.
Pour le mesurer, Virgo s’appuie sur des équipements à la pointe de la technologie. Les miroirs au bout de chaque tunnel sont faits d’un quartz synthétique si pur qu’il n’absorbe que 1 photon sur 3 millions qui le frappent. Il est poli au niveau atomique, le laissant si lisse qu’il n’y a pratiquement aucune diffusion de lumière. Et il est recouvert d’une fine couche de matériau si réfléchissant que moins de 0,0001 % de la lumière laser est perdue au contact.
À l’intérieur de l’un des bras de 3 kilomètres de Virgo, comprenant le tube à vide principal de 1,2 mètre de diamètre dans lequel la lumière laser se déplace.
Photographie : EGO/Vierge
Chaque miroir est suspendu sous un superatténuateur pour le protéger des vibrations sismiques. Ceux-ci consistent en une chaîne de filtres sismiques qui agissent comme des pendules, enfermés dans une chambre à vide à l’intérieur d’une tour de 10 mètres de haut. La configuration est conçue pour contrecarrer les mouvements de la Terre, qui peuvent être de neuf ordres de grandeur plus forts que les ondes gravitationnelles que Virgo essaie de détecter. Les superatténuateurs sont si efficaces que, dans la direction horizontale au moins, les miroirs se comportent comme s’ils flottaient dans l’espace.
Une innovation plus récente est le système de “compression” de Virgo, qui combat les effets du principe d’incertitude de Heisenberg, une caractéristique étrange du monde subatomique qui dit que certaines paires de propriétés d’une particule quantique ne peuvent pas être mesurées exactement en même temps. Par exemple, vous ne pouvez pas mesurer à la fois la position et la quantité de mouvement d’un photon avec une précision absolue. Plus vous connaissez sa position avec précision, moins vous en savez sur son élan et vice versa.
À l’intérieur de la Vierge, le principe d’incertitude se manifeste par un bruit quantique, obscurcissant le signal d’onde gravitationnelle. Mais en injectant un état spécial de lumière dans un tuyau parallèle aux principaux tubes à vide, puis chevauchant le champ laser principal au niveau du séparateur de faisceau, les chercheurs peuvent « comprimer » ou réduire l’incertitude des propriétés de la lumière laser, réduisant ainsi le quantum le bruit et l’amélioration de la sensibilité de Virgo aux signaux d’ondes gravitationnelles.
Depuis 2015, près de 100 événements d’ondes gravitationnelles ont été enregistrés au cours de trois campagnes d’observation par Virgo et son homologue américain LIGO. Avec les mises à niveau des deux installations et l’arrivée de KAGRA dans la fête, la prochaine campagne d’observation, qui commence en mars 2023, promet bien plus. Les chercheurs espèrent acquérir une compréhension plus approfondie des trous noirs et des étoiles à neutrons, et le volume considérable d’événements attendus offre la perspective alléchante de construire une image de l’évolution du cosmos à travers les ondes gravitationnelles. “Ce n’est que le début d’une nouvelle façon de comprendre l’univers”, déclare Losurdo. “Il se passera beaucoup de choses dans les prochaines années.”
Cet article a été initialement publié dans le numéro de janvier/février 2023 du magazine WIRED UK.
