UMR 6162

Pluridisciplinarité (5 sections du CNRS)

Projets

Astrophysique

Relativiste

Théorie

Expérience

Modélisation

Instrumentation

Signaux

Télémétrie

Nary MAN

Plan de la présentation

Composition - Projets

Historique

Comment détecter une onde de gravitation

Mesure de distance

Projets de recherche: Virgo, LISA, Télémétrie

Compétences dans ces projets

Astrophysique non photonique

Composition

9 chercheurs (sections 2, 4, 8, 10,17) et

astronomes

9 ingénieurs, techniciens, administratifs

1 CDD ingénieur

5 doctorants

1 post-doctorant

• 1 Thème principal: Ondes de Gravitation

TélémétrieLISA

Virgo

• 3 Projets

HistoriqueVIRGO LISA Télémétrie

ARTEMIS

• 1980 R&D

• 1985 Design

• 1989 Proposal Design

• 1993 T0

• Construction

• 1999 T0

• 2000 Inauguration R&D lasers

• 2003 Recette Modélisation

• 2005 R&D Fibres T0

• 2007 VSR1 (+GEMINI)

.

Elles provoquent des variations de longueurs.

Leur force est mesurée par une variation relative de distance (objectif ~10-21 )

Ex: la variation serait de l’épaisseur d’un cheveu sur une distance de 30

années-lumière.

Faiblesse du signal: pratiquement rien ne l’arrêteElle peut venir du fin fond de l’univers …

Prédites par Einstein dans sa théorie de la Relativité Générale en 1916 et formulées en 1918

« Petits frissons » qui agitent en permanence l’Univers et se propagent à la vitesse de la lumière: des rides de l’espace-temps

instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser.

sensible aux variations de distances inférieures à la longueur d’onde de la lumière.

Utiliser un interféromètre:

instrument qui compare des distances parcourues par deux faisceaux laser.

sensible aux variations de distances inférieures à la longueur d’onde de la lumière.

Mesure de variation de phase pour atteindre objectif

Projet Virgo

Projet de 76 M€, fonctionnement annuel 10 M€, 50 personnes sur site (maintenance, infrastructure), 11 laboratoires français et italiens

Toutes les techniques poussées à l’extrême, meilleurs miroirs du monde, lasers de puissance ultra-stables, 2.7 ha d’inox avec taux dégazage < 10-16, isolation sismique de presque 10 ordres de grandeur, acquisition de données de 10Mb/seconde….

Détection des ondes de gravitation sur Terre : Virgo

Laser

Fabry-Perot cavities

photo detector

beamsplitter

Interféromètre Virgo

•6 km de Tube à vide de 1,20 m de diamètre , •9 enceintes à vide dont 6 de 11 m de hauteur,•2,7 ha de surface métallique

Miroirs: 21 kg de haute technologie

Suspendus par des 4 fils d’acier de 0.6 mm

Participation: 6 ch, 4 IT, 2 doct (9 ETP)

75-80 K€ par an, pour missions régulières sur site,

réunions mensuelles, participation avec présentation

aux conférences sur gravitation

CDD ingénieur depuis 3 ans

Bourse doctorant: 2004-2007 puis 2007-2010

50-70 k€ / an d’équipement pour le site

10 k€ de contrat R&D pour les futures améliorations

Photonique:

Expertise lasers et contrôles des lasers

Expertise cavités résonnantes et faisceaux laser

R&D: lasers de puissance à fibre

R&D: fibres microstructurées pour transport de faisceaux de

puissance

Artemis dans Virgo

Physique des ondes de gravitation

Analyse des bruits, analyse des sources stochastiques….

Théories alternatives de la gravitation

10-15 m

Projet 2

Détection des ondes de gravitation dans

l’espace: LISA

Artemis dans LISA

Participation: 4 ch, 3 doct, 1 post-doc (4 ETP)

Modélisation du signal, étude de sources

Traitement relativiste des orbites

Traitement numérique de l’interférométrie

Mise au point d’un programme de simulation

généraliste de la mission LISA pour la

communauté (en collaboration avec APC)

D = vitesse lumière x temps de propagation

Horloge + dateur

(picoseconde)

10-12 sec

= 0.3 mm

Principes

Mesure de distance à haute résolution (< nm) et haute précision (10-14 ), pour applications spatiales : interférométrie, géodésie, physique

Principe : faisceau lumineux modulé réfléchi par la cible 3 mesures complémentaires:

Temps de vol L= c / 2 (détermination de n) Incertitude 1 ps 0.3 mm

Phase de la modulation L = n..+ . = c / Frep = 1 cm) détermination de kIncertitude 10-5 rd 10-6 = 10 nm

Interférence optique L= k..m)

Incertitude 10-14*L 1 pm pour L=100m 10 nm pour L = 1000 km

19

Projet 3: Télémétrie -Iliade

20

mesure de la phase interférométrique

2L

FP(N)

laser à

Impulsions courtes

FP(N+1)

cadence frep

train d' impulsions

frep

temps de vol L/c dateur

(horloge)

phase de modulation2L frep/c)

Phasemètre

bras de mesure

bras de référence

Contrats CNES et ANR 3

3 ch, 2 IT (3,5 ETP)

Plan de la présentation

Composition - Projets

Historique

Comment détecter une onde de gravitation

Mesure de distance

Projets de recherche: Virgo, LISA, Télémétrie

Compétences dans ces projets

Astrophysique non photonique

• Notre perception de l’Univers aujourd’hui : le Voir avec les Ondes électromagnétiques

-> Astronomie optique: ….loi d’expansion de l’Univers de Hubble

-> Radio-astronomie : …..rayonnement du fond cosmique

-> Astronomie de rayons X: …..interaction des étoiles à neutrons et trous noirs

-> Astronomie Infra-rouge : ….trous noirs très massifs dans le centre des galaxies.

……etc…………

Ø L’astronomie Photonique

Photon (i.e. onde électromagnétique)=> transporte la force entre les charges électriques

(en général les électrons)

e-

V

Charges en mouvement dans l’objet observé Colimateur

e-Charges en mouvement dans le détecteur

Photon

DI: Courant électrique

DT: Chauffage par effet Joule

Ø L’astronomie des Ondes de Gravitation

Graviton (i.e. onde de gravitation)=> transporte la force entre les masses (la

matière !)

m

V

Masses en mouvement dans l’objet observé graviton

Mise en mouvement de masses tests

m1

m2

Mesure de leur distance par interférométrie laser

Nouvelle perception de l’Univers : l’Ecouter avec les Ondes

de Gravitation

pulsar double PSR 1913+16: preuve indirecte de la Relativité

Générale, obéit aux prédictions dynamiques, perd de

l’énergie comme prévu par ondes de gravitation

Prix Nobel 1993 pour Hulse et Taylor

Les ondes gravitationnelles :un nouveau messager des étoiles

Quelle astrophysique avec les ondes de gravitation (cf Tania demain)