Un futur détecteur d'ondes gravitationnelles dans l'espace pourrait révéler les secrets de l'univers

Une nouvelle étude a montré qu'à l'avenir, la détection d'ondes gravitationnelles depuis l'espace permettra l'identification de nouveaux champs fondamentaux et apportera potentiellement un nouvel éclairage sur des aspects obscurs de l'univers.

Le professeur Thomas Sotiriu du Center for Gravitation de l'Université de Nottingham et Andrea Maselli, chercheur au GSSI et à l'INFN, ainsi que des chercheurs du SISSA et de La Sapienza de Rome, ont démontré la précision sans précédent avec laquelle les observations d'ondes gravitationnelles avec l'interféromètre laser Space Antenna (LISA) pourra trouver de nouveaux champs fondamentaux.

Dans cette nouvelle étude, les scientifiques suggèrent que LISA, le détecteur spatial d'ondes gravitationnelles (GW) qui devrait être lancé par l'Agence spatiale européenne (ESA) en 2037, ouvrira de nouvelles opportunités pour explorer l'univers.

Le professeur Thomas Sotiriu, directeur du Nottingham Gravity Center, explique : « De nouveaux champs fondamentaux, et en particulier des scalaires, ont été proposés dans divers scénarios : comme explication de la matière noire, comme cause de l'expansion accélérée de l'univers, ou comme manifestations à basse énergie d'une description cohérente et complète de la gravité et des particules élémentaires. Nous avons maintenant montré que LISA offre des capacités de détection sans précédent pour les champs scalaires, ce qui ouvre des opportunités intéressantes pour tester ces scénarios.

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Les observations d'objets astrophysiques avec de faibles champs gravitationnels et une petite courbure de l'espace-temps n'ont encore fourni aucune preuve de tels champs. Cependant, il y a des raisons de s'attendre à ce que les écarts par rapport à la relativité générale ou à l'interaction entre la gravité et les nouveaux champs soient plus perceptibles à de grandes distorsions. Pour cette raison, la détection des ondes gravitationnelles, qui a ouvert une nouvelle fenêtre sur le régime des champs gravitationnels forts, est une opportunité unique pour détecter ces champs.

Les chercheurs ont développé une nouvelle approche de modélisation du signal et ont pour la première fois effectué une évaluation rigoureuse de la capacité de LISA à détecter l'existence de champs scalaires associés aux interactions gravitationnelles. Il est à noter que cette approche dépend de la théorie, puisqu'elle ne dépend pas de l'origine de la charge elle-même, ni de la nature du petit corps. L'analyse montre également qu'une telle mesure peut être comparée à de fortes limites sur les paramètres théoriques marquant des écarts par rapport à la Théorie de la Relativité Générale ou au Modèle Standard.

LISA sera dédié à la détection des ondes gravitationnelles à l'aide de sources astrophysiques, travaillera dans une constellation de trois satellites en orbite autour du Soleil à une distance de plusieurs millions de kilomètres les uns des autres. LISA observera les ondes gravitationnelles émises à basse fréquence dans une bande inaccessible aux interféromètres au sol en raison du bruit ambiant. Le spectre visible à LISA permettra d'étudier de nouvelles familles de sources astrophysiques différentes de celles observées par Virgo et LIGO, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'évolution des objets compacts dans divers environnements de notre Univers.

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