L’observation d’un système binaire unique de pulsars confirme les effets de la relativité générale.

Des membres du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ), chercheurs au Département de physique de l’Université McGill en étroite collaboration avec des collègues de plusieurs pays, ont confirmé une prédiction de longue date de la théorie d’Albert Einstein sur la relativité générale, grâce à l’observation d’un système binaire de pulsars. Leurs résultats sont publiés le 4 juillet dans la prestigieuse revue Science.

Les pulsars sont de petits objets stellaires ultra denses qui subsistent après la mort d’étoiles massives à la suite de leur explosion en supernovæ. Leur masse est généralement plus grande que celle du Soleil, mais ils ont la taille d’une ville de la superficie de Montréal. Les pulsars tournent à une vitesse vertigineuse, génèrent un énorme champ gravitationnel et émettent de puissants faisceaux d’ondes radio le long de leurs pôles magnétiques. En raison de la rotation des pulsars sur eux-mêmes, ces faisceaux éclairent les radiotélescopes sur Terre de la même manière dont nous voyons les phares clignoter sur le bord de la mer. Plus de 1700 pulsars ont été découverts dans notre galaxie, mais PSR J0737-3039A/B, découvert en 2003, est le seul pulsar double connu, c’est-à-dire deux pulsars évoluant l’un autour de l’autre sur une orbite rapprochée. Les deux pulsars sont si près l’un de l’autre que le binaire complet pourrait tenir à l’intérieur du Soleil. La paire se situe à environ 1700 années-lumière de la Terre.

Ce nouveau test de la théorie d’Einstein a été mené par l’étudiant au doctorat en astrophysique René Breton et par la professeure Victoria Kaspi, directrice du Groupe de recherche sur les pulsars de l’Université McGill tous deux membres du CRAQ.

« Un pulsar binaire crée des conditions idéales pour tester les prédictions de la relativité générale, car plus les masses sont importantes et rapprochées les unes des autres, plus les effets relativistes sont grands », explique M. Breton.

« Les pulsars binaires conviennent parfaitement pour vérifier la relativité générale dans un puissant champ gravitationnel », a indiqué la Pre Kaspi, titulaire de la Chaire Lorne Trottier en astrophysique et cosmologie de McGill et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique d’observation.

« La théorie d’Einstein a prédit que, dans un tel champ, l’axe autour duquel un objet tourne effectuera un mouvement de précession - ou un lent changement de direction pendant que le pulsar passe devant son compagnon. Pensez à une toupie légèrement inclinée dont l’axe de rotation oscille lentement; il s’agit de l’élégant mouvement appelé "précession". »

Les chercheurs ont pu observer que l’un des deux pulsars effectue bel et bien un mouvement de précession, ce qui confirme cette partie de la théorie d’Einstein de 1915. Si Einstein s’était trompé, les pulsars n’oscilleraient pas, ou ils oscilleraient de manière différente.

Les pulsars sont trop petits et trop éloignés pour nous permettre de déterminer directement l’orientation de leur axe de rotation, ont expliqué les chercheurs. Toutefois, ces derniers ont rapidement conclu qu’ils y parviendraient grâce aux éclipses visibles lorsqu’un des pulsars passe devant son compagnon. Lorsque cela se produit, la magnétosphère du premier pulsar absorbe partiellement la « lumière » radio émise par l’autre, ce qui permet de déterminer son orientation spatiale. Après quatre ans d’observation, les chercheurs sont arrivés à déterminer que son axe de rotation ait une précession comme l’avait prédit Einstein.

Bien que la précession de la rotation ait été observée dans le système solaire terrestre, les différences entre la relativité générale et d’autres théories de la gravitation ne se distingueraient peut-être que dans des champs gravitationnels très puissants comme ceux près de pulsars.

René Breton, Victoria Kaspi et leurs collègues du Canada, du Royaume-Uni, de la France et d’Italie ont étudié le pulsar binaire à l’aide du radiotélescope de 100 mètres Robert C. Byrd Green à l’Observatoire national de radioastronomie à Green Bank, en Virginie-Occidentale.

Liste des collaborateurs : Rene P. Breton [*,1], Victoria M. Kaspi [*,1], Michael Kramer [2], Maura A. McLaughlin [3,4], Maxim Lyutikov [5], Scott M. Ransom [6], Ingrid H. Stairs [7], Robert D. Ferdman [7,8], Fernando Camilo [9] and Andrea Possenti [10] [*] Centre de recherche en astrophysique du Québec [1] Department of Physics, McGill University; [2] Jodrell Bank Observatory, University of Manchester; [3] Department of Physics, West Virginia University; [4] National Radio Astronomy Observatory, Green Bank; [5] Department of Physics, Purdue University; [6] National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville; [7] Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia; [8] Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement, Centre National de la Recherche Scientifique; [9] Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University; [10] INAF - Osservatorio Astronomico di Cagliari

Source :
René Breton
McGill University,
Tél: 514-398-7021
bretonr@physics.mcgill.ca

Renseignements :
Dr. Olivier Hernandez, relation avec les médias
CRAQ – Université de Montréal
olivier@astro.umontreal.ca