Un laboratoire unique et exotique situé à environ 6800 années-lumière de la Terre aide les astronomes basés sur la Terre à tester la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein d'une manière impossible jusqu'à présent. Et les observations correspondent exactement aux prédictions de la relativité générale, affirment les scientifiques dans un article qui sera publié dans le numéro du 26 avril de la revue Science.
En utilisant le Very Large Telescope de l'ESO avec d'autres radiotélescopes, John Antoniadis, étudiant au doctorat au Max Planck Institute for radio Astronomy (MPIfR) à Bonn et auteur principal de l'article, dit que la paire d'étoiles bizarre constitue un excellent test pour la physique.
«J'observais le système avec le très grand télescope de l'ESO, à la recherche de changements dans la lumière émise par la naine blanche causée par son mouvement autour du pulsar», explique Antoniadis. «Une analyse rapide sur place m'a fait réaliser que le pulsar était assez lourd. C'est deux fois la masse du Soleil, ce qui en fait l'étoile à neutrons la plus massive que nous connaissons et aussi un excellent laboratoire de physique fondamentale. »
La paire étrange se compose d'une petite étoile à neutrons inhabituellement lourde qui tourne 25 fois par seconde. Le pulsar, nommé PSR J0348 + 0432 est le vestige d'une explosion de supernova. Deux fois plus lourd que notre Soleil, le pulsar s'inscrirait dans les limites de la région métropolitaine de Denver; il ne fait que 20 kilomètres de diamètre ou environ 12 miles. La gravité sur cette étrange étoile est plus de 300 milliards de fois plus forte que sur Terre. En son centre, où la gravité intense serre encore plus étroitement la matière, un bloc de sucre en cubes d'étoiles pèserait plus d'un milliard de tonnes. Seuls trois autres pulsars en dehors des amas globulaires tournent plus vite et ont des périodes plus courtes.
De plus, une naine blanche beaucoup plus grande, le noyau extrêmement chaud et brûlé d'une étoile semblable au soleil, fouette autour de J0348 + 0432 toutes les 2,5 heures.
En conséquence, les radioastronomes Ryan Lynch et ses collègues qui ont découvert le pulsar en 2011, ont réalisé que la paire permettrait aux scientifiques de tester des théories de la gravité qui n'étaient pas possibles auparavant. La théorie générale de la relativité d'Einstein décrit la gravité comme une courbure dans l'espace-temps. Comme une boule de bowling nichée dans un drap étiré, l'espace-temps se plie et se déforme en présence de masse et d'énergie. La théorie, publiée en 1916, a résisté à tous les tests jusqu'à l'explication la plus simple des phénomènes astronomiques observés. D'autres théories de la gravité font des prédictions différentes, mais ces différences ne se révéleront que dans des champs gravitationnels extrêmement puissants qui ne se trouvent pas dans notre système solaire. J0348 + 0432 a offert l’occasion d’étudier en détail la théorie d’Einstein.
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Cette vidéo montre une impression d'artiste de l'objet double exotique connu sous le nom de PSR J0348 + 0432. Ce système émet un rayonnement gravitationnel, ou ondulations, dans l'espace-temps. Bien que ces ondes ne puissent pas encore être détectées directement par les astronomes sur Terre, elles peuvent être détectées indirectement en mesurant le changement dans l'orbite du système à mesure qu'il perd de l'énergie. Crédit: ESO / L.Calçada
L'équipe d'Antoniadis a combiné les observations de la naine blanche du Very Large Telescope de l'European Southern Observatory avec la synchronisation précise du pulsar d'autres radiotélescopes, notamment le Green Bank Telescope en Virginie-Occidentale, le radiotélescope Effelsberg de 100 mètres en Allemagne et l'Observatoire Arecibo à Porto Rico. Les astronomes prédisent que de tels binaires pulsars proches rayonnent des ondes de gravité et perdent de minuscules quantités d'énergie au fil du temps, ce qui modifie légèrement la période orbitale du compagnon nain blanc. Les astronomes ont découvert que les prévisions de ce changement correspondaient étroitement à celles de la relativité générale, tandis que les théories concurrentes étaient différentes.
"Nos observations radio étaient si précises que nous avons déjà pu mesurer un changement dans la période orbitale de 8 millionièmes de seconde par an, exactement ce que la théorie d'Einstein prédit", déclare Paulo Freire, un autre membre de l'équipe, dans le communiqué de presse.
Sources:
ESO: Einstein avait raison - jusqu'à présent
Journal astrophysique: Le Green Bank Telescope 350 MHz Drift-scan Survey II: analyse des données et synchronisation de 10 nouveaux pulsars, y compris un binaire relativiste
Aspen Center for Physics Physical Application of Millisecond Pulsars meeting janvier 2013: The Compact Relativistic Binary PSR J0348 + 0432
