Projet scientifique

Télescope Einstein, en route vers l'Europe!


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Le consortium qui rassemble plus de 40 universités européennes, dont l’Université de Liège (STAR Institute / A&M / UEE), vient de déposer officiellement une demande d’inscription dans la planification européenne de la construction d’un des plus ambitieux projets scientifiques des années à venir : le télescope Einstein.  Située en Europe, cette infrastructure étudiera les ondes gravitationnelles qui nous permettent de mieux comprendre la face jusqu’ici invisible de notre univers. La construction du prototype a été confiée au Centre Spatial de Liège (CSL).

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a proposition d'inclure le Télescope Einstein, projet novateur d'observatoire d'ondes gravitationnelles de troisième génération, à la feuille de route du Forum stratégique Européen pour les grandes infrastructures de recherche (European Strategic Forum for Research Infrastructures, ESFRI), a été soumise cette semaine. La feuille de route ESFRI soutient les projets majeurs de futures infrastructures de recherche en Europe. Le Télescope Einstein (ET) est le projet le plus ambitieux d'observatoire d'ondes gravitationnelles sur Terre. L'incroyable réussite scientifique des collaborations entre Advanced Virgo (Europe) et Advanced LIGO (Etats-Unis) ces cinq dernières années marque l’avènement de l'ère de l'astronomie gravitationnelle. Le début de cette aventure remonte à septembre 2015 avec la première détection directe d'ondes gravitationnelles. Elle s'est poursuivie en août 2017 lorsque Advanced Virgo et Advanced LIGO ont observé les ondes gravitationnelles émises par la fusion d'étoiles à neutrons. Simultanément, des signaux de cette fusion ont été observés par plusieurs télescopes traditionnels (sur Terre et dans l'espace), sur l'entièreté du spectre électromagnétique, allant des ondes radio aux rayons gamma.

La détection récente par Advanced Virgo et Advanced LIGO de la fusion de deux trous noirs en un trou noir 142 fois plus massif que le Soleil (dans la classe des trous noirs de masses intermédiaires) a découvert l'existence imprévue de tels objets dans l'Univers. Afin d'exploiter pleinement le potentiel de cette discipline scientifique naissante, une nouvelle génération d'observatoires est attendue. Le télescope Einstein devrait permettre aux scientifiques de détecter les fusions de trous noirs intermédiaires sur l'ensemble de l'histoire de l'Univers, et de permettre de mieux comprendre son évolution. Ces observations lèveront le voile sur l'Univers sombre et devraient permettre de mieux comprendre le rôle de l'énergie sombre et de la matière noire dans l'évolution des grandes structures du Cosmos.

Le télescope Einstein explorera la physique des trous noirs avec une précision inégalée. Ces corps célestes extrêmes, prédits par la théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein, sont les candidats idéaux pour tester les failles possibles de la théorie, grâce à leur champ gravitationnel extrême. Le TE devrait aussi détecter des milliers de fusions d'étoiles à neutrons chaque année, améliorant ainsi notre compréhension du comportement de la matière dans des conditions extrêmes de densité et de pression, qui ne peuvent être reproduites en laboratoire. Ce sera également une chance d'explorer la physique nucléaire qui contrôle l'explosion des étoiles en supernovae.

Mais pour pouvoir réaliser ces objectifs scientifiques ambitieux il est nécessaire que les scientifiques puissent disposer d’un observatoire capable de détecter des ondes gravitationnelles avec une sensibilité au moins dix fois supérieure à celle des détecteurs actuels (dits de seconde génération). Le TE prendra place dans une nouvelle infrastructure et nécessitera le développement de technologies beaucoup plus avancées que celles à disposition aujourd'hui.

La phase de conception du TE a été financée par un fond de la Commission Européenne. Cette semaine, un consortium d'universités et instituts de recherche en Europe, associés au soutien politique de cinq pays Européens — la Belgique, les Pays-Bas, l'Espagne, la Pologne et l'Italie, cette dernière assurant pour l’instant la direction du projet— a soumis officiellement la proposition de construire une telle infrastructure sur le sol Européen. L'Observatoire Gravitationnel Européen (European Gravitational Observatory, EGO) en Italie hébergera le siège temporaire du TE. Le consortium rassemble 40 universités et instituts de plusieurs pays Européens, comprenant, en plus des cinq pays mentionnés ci-dessus, la France, l'Allemagne, la Hongrie, la Norvège, la Suisse et le Royaume-Uni. Un projet similaire, le Cosmic Explorer, pourrait également voir le jour aux Etats- Unis. A l’Université de Liège, ce sont des chercheurs des unités de recherche STAR Institute (Sciences), A&M et UEE (Sciences appliquées) qui sont impliqués dans le projet en étroite collaboration avec le CSL.

A l'heure actuelle, deux sites possibles pour la construction d'ET sont en cours d'évaluation: la région Euregio-Meuse-Rhin, à la frontière entre la Belgique, les Pays-Bas et l'Allemagne, ainsi que la Sardaigne en Italie. L'étude de ces sites est en cours et la décision de la localisation du TE sera prise endéans les cinq ans.

Enstein telescope ESFRI 

Vue d'artiste du projet d'observatoire d'ondes gravitationnelles sous-terrain Einstein Telescope (ET), illustrant la disposition triangulaire de 3x10km à 150 mètres sous terre. ET pourrait être construit dans la région Eurégio-Meuse- Rhin (Belgique-Pays-Bas-Allemagne) ou en Sardaigne (Italie). Chaque extrémité comprend une “station de mesure” dans un laboratoire sous-terrain équipé des technologies d'optique et lasers ultramodernes. Les divers composants optiques sont refroidis à une température proche du zéro absolu et suspendus à l'extrémité d'un appareillage complexe de 15 mètres de hauteur environ. (courtesy: NIKHEF, Amsterdam)
 

En Belgique, l'ensemble des universités soutiennent le projet de Télescope Einstein. Sept d'entre elles (UCLouvain, ULB, ULiège, KULeuven, UAntwerpen, UGent et VUB) sont déjà membres de la collaboration Advanced Virgo.

Avec l'UHasselt, l'UMONS, l'UNamur et d'autres partenaires aux Pays-Bas et en Allemagne, elles s'investissent également dans deux ambitieux projets. D'une part la construction du laboratoire ET-Pathfinder à Maastricht. D'autre part dans le projet E-TEST, dont l'objectif est de développer un observatoire souterrain dans la région Euregio-Meuse-Rhin, et de développer un prototype  - en construction au Centre Spatial de Liège (CSL) - permettant de valider expérimentalement certains éléments du futur télescope Einstein "

Plus généralement, la Belgique voit depuis 2015 se construire une communauté forte de scientifiques impliqués dans le domaine des ondes gravitationnelles, tant du point de vue théorique qu'instrumental, ou encore en lien avec l'analyse des données.

Contacts

Prof. Christophe Collette, ULB/ULiège
Prof. Jean-René Cudell, ULiège
Prof. Giacomo Bruno, UCLouvain
Prof. Nicolas Boulanger, UMons,
Prof. Sebastien Clesse, ULB/UCLouvain/UNamur
Prof. André Füzfa, UNamur

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