Virgo est une antenne d'un type nouveau, destinée à détecter le passage d'ondes gravitationnelles venant du cosmos. Celles-ci ce manifestent par de petits changements des distances de l'ordre de millième de milliardième du milliardième de mètre pour une distance de un mètre. Pour parvenir à mesurer de si petites variations de distance, paradoxalement il faut un grand instrument. Virgo, que l'on voit sur la photo ci-dessous, est consruit en Toscane, à Cascina, près de Pise. Il est constitué de deux longs bras de 3 km, constitués de deux tuyaux sous vide parcourus par un faisceau laser. La mesure des variations des longueurs repose sur la comparaison du temps mis par la lumière pour parcourir ces deux bras.
Une onde de gravitation arrivant sur la Terre fait vibrer l’espace d’abord sur le trajet d’un faisceau de Virgo, puis sur l’autre. Les variations de longueur des bras induisent des variations d’intensité lumineuse dans le détecteur de lumière, qui permettent de reconstituer la forme de l’onde.
Sur les 3 km de distance, la différence de distance à mesurer est de l’ordre de 10-18 mètres ! Pour être capable de cet exploit il faut éliminer toutes les sortes de causes possibles de variation des distances : variation de position des miroirs à cause de courants d’air et surtout tremblements (grâce des isolants sismiques), déformations dues à leur échaufement, etc. Il faut aussi être capable de créer des faisceaux laser d'une extrême stabilité en fréquence et en puissance.
La stabilité du laser, la qualité des miroirs, les "bruits" laser, la pression de radiation, le "mode cleaner", le recyclage de puissance sont des points critiques ... Les idées sur ces questions sont venues progressivement, depuis les années 1980 aux Etats-Unis et en Europe. La décision de construire Virgo fut prise en 1985 en réunissant les groupes Français et Italiens qui possèdaient des compétences complémentaires. Le projet Virgo sera financé par le CNRS et l'INFN. A peu près au même moment, la NSF aux Etats-Unis financent deux détecteurs similaires, LIGO, dont les bras font 4 km de long.
La suite de l'histoire est longue et glorieuse: le 14 septembre 2015 les détecteurs LIGO aux Etats Unis détectent une première source d'ondes gravitationnelles lors de la fusion de deux trous noirs massifs de masse stellaire. Le 14 aout 2017, Virgo enregistre pour la premiere fois le passage d'une onde gravitationnelle émise lors de la fusion de trous noirs et trois jours plus tard, le 17 août 2017, la fusion de deux étoiles à neutrons.
En savoir plus :
