jeudi 5 juillet 2018

La Relativité Générale testée avec succès sur une étoile à neutrons


C'est un test inédit de la théorie d'Albert Einstein qui vient d'être effectué : le test de la chute libre sur un objet extrêmement compact, une étoile à neutrons. Et la Relativité Générale passe le test sans problème.




PSR J0337+1715 est un système unique en son genre, composé de trois étoiles : une étoile à neutrons en couple avec une étoile naine blanche qui lui tourne autour en 1,6 jours, ce couple étant lui-même en orbite autour d'une autre étoile naine blanche avec une période de rotation de 327 jours. Le trio est situé à environ 4200 années-lumière de nous et a été découvert en 2011. Le système a très vite été reconnu comme un laboratoire unique.
On le sait, la théorie de la Relativité Générale dit que tous les objets tombent de la même façon dans un champ gravitationnel, quelle que soit leur masse et leur composition. Jusqu'à aujourd'hui, la théorie a passé avec succès tous les tests depuis le laboratoire jusqu'aux planètes du système solaire. Mais il existe des théories légèrement alternatives qui prédisent que dans le cas des objets extrêmement compacts, produisant un champ gravitationnel très important, typiquement les étoiles à neutrons, ces objets se comporteraient différemment dans leur chute libre, qui varierait en fonction de leur masse. Cet effet serait dû à l'existence d'une énergie de liaison gravitationnelle.

C'est grâce aux mouvements de l'étoile à neutrons, qui se trouve être un pulsar milliseconde, que Anne Archibald (Université d'Amsterdam) et ses collaborateurs ont pu tester la théorie einsteinienne sur un objet très compact. Grâce à la mesure très précise du temps d'arrivée des pulsations radio du pulsar, les astrophysiciens peuvent tracer la localisation de l'objet compact à quelques centaines de mètres près (vous avez bien lu).
Dans l'étude qu'ils publient cette semaine dans Nature, les chercheurs ont donc pu comparer l'accélération subie par l'étoile à neutrons et celle subie par la naine blanche qui forme son couple, dans leur "chute" vers la seconde naine blanche externe.
Le résultat de la comparaison est que la différence entre les deux accélérations est inférieure à 2,6 parties par million (2.6 × 10−6).

Pour comparer ce test de la violation de l'universalité de la chute libre, les chercheurs utilisent un paramètre dénommé le paramètre de Nordtvedt. Avec le système multiple de PSR  J0337+1715, ils obtiennent pour ce paramètre une valeur 10 fois plus petite que ce qui était obtenu à l'échelle du système solaire (en champ faible), et environ 1000 fois plus petite que ce qui avait été obtenu antérieurement dans d'autres tests en champs forts.  
Même si la théorie de la Relativité Générale sort encore renforcée de ces observations inédites, les astrophysiciens cherchent toujours à mettre à l'épreuve la théorie d'Albert Einstein, car le moindre écart serait le seul moyen de pouvoir comprendre comment la gravitation pourrait unifier physique quantique et Relativité Générale. 


Source

Universality of free fall from the orbital motion of a pulsar in a stellar triple system. 
Anne M. Archibald et al. 
Nature 559 73-76 (05 july 2018)


Illustration

Vue d'artiste du système triple PSR  J0337+1715 (NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello)