L'une des prédictions de la théorie générale de la relativité d'Einstein est que tout corps en rotation déplace le tissu même de l'espace-temps autour de lui-même. Ce phénomène est connu sous le nom de «glissement d'images».
Dans la vie de tous les jours, faire glisser et déposer des images n'a pas d'importance car l'effet est incroyablement petit. La détection de cet effet, causé par toute la rotation de la Terre, nécessite des satellites tels que la «Gravity Probe B» de 750 millions de dollars, qui a détecté des changements angulaires dans les gyroscopes équivalents à un degré tous les 100 000 ans environ.
Heureusement pour nous, il existe de nombreux laboratoires de gravité naturelle dans l'univers où les physiciens peuvent observer les prédictions d'Einstein dans toute leur splendeur.
Courbure de l'espace – temps. (Mark Myers / Centre d'excellence OzGrav ARC)
Une étude de l'équipe de scientifiques, publiée dans la revue Science, révèle des preuves de glisser-déposer des images à une échelle beaucoup plus visible à l'aide d'un radiotélescope et d'une paire unique d'étoiles compactes en orbite à des vitesses vertigineuses.
Le mouvement de ces étoiles aurait pu dérouter les astronomes à l'époque de Newton, car ils se déplacent clairement dans un espace-temps courbe, et la théorie générale de la relativité d'Einstein est nécessaire pour expliquer leurs trajectoires.
La relativité générale est le fondement de la théorie moderne de la gravité. Cela explique le mouvement précis des étoiles, des planètes et des satellites, et même le passage du temps. L'une de ses prédictions les moins connues est que les corps en rotation entraînent avec eux l'espace-temps. Plus l'objet tourne vite et plus il est massif, plus le décalage dans l'espace-temps est perceptible.
Un type d'objet est une naine blanche. Ce sont les restes d'étoiles mortes qui étaient autrefois plusieurs fois la masse de notre Soleil, mais qui ont épuisé leur carburant hydrogène.
Ce qui reste est de taille similaire à la Terre, mais des centaines de milliers de fois plus massif. Les naines blanches peuvent également tourner très rapidement, faisant une révolution complète toutes les minutes ou deux, plutôt que 24 heures comme la Terre.
La traînée causée par une telle naine blanche serait environ 100 millions de fois plus puissante que celle de la Terre.
C'est bien beau, mais nous ne pouvons pas voler vers une naine blanche et lancer des satellites autour d'elle. Heureusement, la nature est gentille avec les astronomes et a sa propre façon de nous permettre de les observer à travers des étoiles en orbite appelées pulsars.
Il y a vingt ans, le radiotélescope CSIRO Parkes a découvert une paire stellaire unique composée d'une naine blanche (de la taille de la Terre, mais environ 300 000 fois plus lourde) et d'un pulsar radio (de la taille d'une petite ville, mais 400 000 fois plus lourde que la Terre).
Par rapport aux naines blanches, les pulsars sont généralement à un niveau différent. Ils ne sont pas faits d'atomes ordinaires, mais de neutrons pressés ensemble, ce qui les rend incroyablement denses. De plus, le pulsar tourne 150 fois par minute.
Cela signifie que 150 fois par minute, un «faisceau de balise» d'ondes radio émises par ce pulsar balaie notre point de vue ici sur Terre. Nous pouvons l'utiliser pour tracer la trajectoire du pulsar lorsqu'il tourne autour de la naine blanche, en fonction du moment où son impulsion atteint notre télescope et en connaissant la vitesse de la lumière. Cette méthode a montré que deux étoiles orbitent l'une autour de l'autre en moins de 5 heures.
Cette paire, officiellement nommée PSR J1141-6545, est un laboratoire de gravité idéal. Depuis 2001, les scientifiques se sont rendus au CSIRO Parkes plusieurs fois par an pour cartographier l'orbite de ce système, qui présente de nombreux effets gravitationnels d'Einstein.
Même si le PSR J1141-6545 est à plusieurs centaines de quadrillions de kilomètres (quadrillions – millions de milliards), nous savons que le pulsar tourne 2,5387230404 fois par seconde et que son orbite est en équilibre.
Cela signifie que le plan de son orbite n'est pas fixe, mais tourne lentement.
Comment ce système est-il né?
Lorsque des paires d'étoiles apparaissent, la plus massive meurt en premier, créant souvent une naine blanche. Avant que la deuxième étoile ne meure, elle transfère la matière à son compagnon.
Une naine blanche qui tourne tout en absorbant la matière de son compagnon. (Centre d'excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles)
Un disque se forme lorsque ce matériau tombe vers une naine blanche, et il accélère la naine blanche pendant des dizaines de milliers d'années.
En de rares occasions comme celle-ci, une deuxième étoile peut exploser en supernova, laissant derrière elle un pulsar. La naine blanche qui tourne rapidement entraîne l'espace-temps avec elle, forçant le plan orbital du pulsar à s'incliner. Cette inclinaison est ce que nous avons observé dans notre cartographie de l'orbite du pulsar.
Einstein lui-même pensait que nombre de ses prédictions sur l'espace et le temps ne seraient jamais découvertes. Mais au cours des dernières années, il y a eu une révolution dans l'astrophysique extrême, notamment la découverte d'ondes gravitationnelles et d'images d'un trou noir à l'aide d'un réseau mondial de télescopes.
Matthew Bailes, chercheur ARC, Université de technologie de Swinburne, chercheur de l'Institut Max Planck.
Cet article a été publié par The Conversation.
Sources: Photo: Mark Myers / Centre d'excellence OzGrav ARC / Université de technologie de Swinburne
