Einstein : Une paire de pulsars dans une étreinte serrée a prouvé

Après avoir surveillé une paire de pulsars en orbite serrée l’un autour de l’autre pendant 16 ans, les astronomes concluent que leur comportement est cohérent avec les prédictions d’Einstein

Par Chen Ly

La célèbre théorie de la relativité générale d’Einstein a réussi son test le plus rigoureux à ce jour. Après 16 ans d’observation d’une paire de pulsars – des étoiles à neutrons très compactes qui émettent des faisceaux d’ondes radio depuis leurs pôles – les chercheurs ont constaté des effets relativistes qui n’étaient auparavant que prédits par la théorie.

Relativité générale décrit l’effet de la gravité sur l’espace-temps. « Si nous avons quelque chose de vraiment massif, cela déformera l’espace-temps autour de lui dans une plus grande mesure que quelque chose de moins massif », dit Robert Ferdman à l’Université d’East Anglia au Royaume-Uni.

Cela signifie que pour les corps extrêmement massifs, tels que les étoiles à neutrons, la relativité générale prédit que la lumière sera fortement courbée autour d’eux lorsque les photons suivront le chemin déformé de l’espace-temps. De plus, lorsque les étoiles à neutrons accélèrent, ce qui peut arriver si deux d’entre elles tournent l’une autour de l’autre, elles émettront des ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace-temps – qui réduiront leur orbite en perdant de l’énergie. C’est ce qu’on appelle la désintégration orbitale.

Maintenant, Ferdman et ses collègues ont observé ces deux prédictions théoriques sur deux pulsars, connus sous le nom de PSR J0737-3039A/B. Ceux-ci tournent l’un autour de l’autre en seulement 147 minutes à des vitesses allant jusqu’à 1 million de kilomètres par heure. Pendant leur orbite, l’un des pulsars tourne simultanément autour de son axe environ 44 fois par seconde, tandis que son compagnon tourne une fois toutes les 2,8 secondes. Chaque fois que chaque pulsar tourne, nous recevons une explosion de faisceaux radio sur Terre.

« Ces impulsions arriveront extrêmement régulièrement à moins qu’il n’y ait quelque chose sur le chemin ou un phénomène astrophysique qui retarde ces arrivées », explique Ferdman.

À l’aide de sept radiotélescopes en Australie, aux États-Unis et en Europe, les chercheurs ont surveillé le système à double pulsar entre sa découverte en 2003 et 2019.

Ils ont constaté que les impulsions radio arrivaient systématiquement plus tard que prévu, et ont calculé que c’était parce qu’elles étaient déviées à un angle de 0,04 degré en raison de la forte courbure espace-temps autour des deux étoiles. Il s’agit de la première preuve expérimentale d’une courbure aussi élevée, selon l’équipe de Ferdman.

Les chercheurs ont également découvert que les pulsars subissaient une désintégration orbitale en raison de l’émission d’ondes gravitationnelles. Ils pourraient détecter l’énergie transportée par ces ondes avec une précision 1000 fois meilleure que ce qui est possible avec des détecteurs d’ondes gravitationnelles directes sur Terre, comme les détecteurs LIGO aux États-Unis.

« C’est le test le plus rigoureux à ce jour de la théorie d’Einstein, et il place la barre vers laquelle les futures expériences doivent [operate] en termes de précision afin de mettre la relativité générale à l’épreuve avec une quelconque signification », explique Ferdman.

« [General relativity] est la meilleure théorie que nous ayons de la gravité, mais nous le savons en raison de l’incompatibilité avec la mécanique quantique et le modèle standard [of particle physics], ce n’est pas le dernier mot », dit-il.

Référence de la revue : Examen physique X, DOI : 10.1103 / PhysRevX.11.041050

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