Einstein gagne à la fin (encore une fois)

La théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale, n’a pas été réfutée une seule fois depuis plus d’un siècle, malgré les efforts incessants des scientifiques pour trouver ses défauts.
Les pulsars sont des étoiles vers la fin du cycle de vie stellaire, émettant des ondes radio qui balayent l’espace comme un phare : elles peuvent être détectées par les radiotélescopes sous la forme d’éclairs très réguliers.
Sept radiotélescopes ont observé un double pulsar pendant 16 ans, permettant ainsi une série de tests de haute précision de la théorie de la relativité générale… toujours d’actualité.

Une équipe internationale impliquant des chercheurs du CNRS, de l’Université d’Orléans et de l’Observatoire de Paris-PSL¹ a mené une expérience de 16 ans en soumettant la théorie de la relativité générale à la série de tests la plus rigoureuse jamais réalisée. Sept radiotélescopes ont étudié une paire unique d’étoiles à un stade avancé (pulsars), révélant de nouveaux effets relativistes prédits par la théorie qui n’avaient jamais été observés auparavant. Ces observations, qui sont en accord avec la théorie d’Einstein avec une précision supérieure à 99,99%, ont été publiées dans Examen physique X le 13 décembre 2021.

Impression artistique du système Double Pulsar, où deux pulsars actifs (émettant des faisceaux d’ondes radio) orbitent l’un autour de l’autre en seulement 147 min. Le mouvement orbital de ces étoiles à neutrons extrêmement denses provoque un certain nombre d’effets relativistes, notamment la création d’ondulations dans l’espace-temps connues sous le nom d’ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles emportent l’énergie des systèmes, qui rétrécit d’environ 7 mm par jour en conséquence. La mesure correspondante est en accord avec la prédiction de la relativité générale à 0,013% près. Crédit image : Michael Kramer/MPIfR

Plus de 100 ans après qu’Albert Einstein a présenté sa théorie de la gravité, les scientifiques du monde entier poursuivent leurs efforts pour trouver des failles dans la relativité générale. Tout écart par rapport à ses prédictions pourrait être le signe d’une nouvelle physique combinant des théories décrivant l’infiniment petit (monde quantique) ainsi que l’infiniment grand.

À cette fin, une équipe internationale dirigée par l’Institut Max Planck de radioastronomie (Bonn, Allemagne) a étudié un système unique composé de deux pulsars en orbite l’un autour de l’autre : des étoiles très compactes et en rotation rapide dans les dernières étapes du cycle de vie stellaire. qui sont magnétisés,² et produisent des faisceaux d’ondes radio qui balayent le ciel comme un phare. Ces caractéristiques font de ce système un laboratoire idéal pour tester la relativité générale. Le système a été découvert en 2003 et a été observé pendant 16 ans par sept radiotélescopes. Le radiotélescope décimétrique de Nançay (Cher, France), géré par l’Observatoire de Paris-PSL, le CNRS et l’Université d’Orléans, a enregistré deux ou trois fois les impulsions radio émises par l’un des pulsars pendant une heure. par semaine, pendant une décennie.

Les données recueillies (environ un million d’impulsions radio synchronisées avec précision au total) ont permis aux scientifiques de détecter de nombreux effets relativistes, ainsi que de mesurer sept paramètres de la théorie de la relativité générale, certains de façon inédite. Par exemple, le fort champ gravitationnel de chaque pulsar en mouvement rapide courbe l’espace-temps autour de lui, déviant ainsi la trajectoire des ondes radio émises par l’autre pulsar. Non seulement les télescopes détectent le retard du signal par rapport à sa propagation en ligne droite, mais le petit angle de cette déviation (0,04 degré) a été mesuré pour la première fois.

L’équipe a également testé une pierre angulaire de la théorie d’Einstein, l’émission d’ondes gravitationnelles (petites oscillations dans l’espace-temps), avec une précision 1 000 fois supérieure à la détection directe à l’aide de détecteurs d’ondes gravitationnelles.³. Ils ont également observé une conséquence de la fameuse équation E = mc² – à savoir que le rayonnement du pulsar s’accompagne d’une perte de masse – en plus de la dilatation du temps, qui passe plus lentement en présence d’un fort champ gravitationnel.

Toutes ces observations sont en parfait accord avec la théorie d’Einstein. S’il présente effectivement des défauts, des tests encore plus rigoureux seront nécessaires pour les identifier.

Bibliographie

Essais de gravité en champ fort avec le double pulsar, Michael Kramer, Ingrid H. Stairs, Richard N. Manchester, Norbert Wex, Adam Deller, William A. Coles, Masooma Ali, Marta Burgay, Fernando Camilo, Ismaël Cognard, Thibault Damour, Gregory Desvignes, Robert Ferdman, Paulo CC Freire, Steffani Grondin, Lucas Guillemot, George B. Hobbs, Gemma Janssen, Ramesh Karuppusamy, Duncan R. Lorimer, Andrew G. Lyne, James W. McKee, Maura McLaughlin, L. Elias Münch, Nihan Pol, Andrea Possenti, John Sarkissian, Ben W. Stappers et Gilles Theureau. Examen physique X, 13 décembre 2021. EST CE QUE JE: 10.1103/PhysRevX.11.041050

1. Travailler au Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace (CNRS/CNES/Université d’Orléans), à la Station de radioastronomie de Nançay (Observatoire de Paris-PSL CNRS/Université d’Orléans) et au Laboratoire Univers et théories (Observatoire de Paris-PSL/CNRS).

2. Dans ce cas, leur masse est 30 % supérieure à celle du Soleil, avec un diamètre ne mesurant que 24 km. Les deux étoiles tournent l’une autour de l’autre en seulement 147 minutes à une vitesse de 1 million de km/h. Comme l’un d’eux tourne très vite (44 fois par seconde), c’était un candidat idéal pour cette étude.

3. Ces ondes gravitationnelles emportent une partie de l’énergie dans le système, qui se rétrécit progressivement : les ondes gravitationnelles sont ainsi détectées indirectement en mesurant cette perte d’énergie.

La source: CNRS