umr 6162 pluridisciplinarité (5 sections du cnrs) projets astrophysique relativiste théorie...
TRANSCRIPT
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)