La théorie de la relativité générale d'Einstein a été confirmée une fois de plus, cette fois dans le vacillement d'un pulsar à 25 000 années-lumière de la Terre. Au cours d'une période de 14 ans, les astronomes ont observé l'étoile à neutrons en rotation PSR J1906 + 0746.
Leur objectif? Étudier l'oscillation, ou précession, de deux pulsars en orbite, phénomène rare prédit par la relativité générale.
Les astronomes, dirigés par Gregory Desvignes de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne, ont publié leurs résultats dans le numéro du 6 septembre de la revue Science. Leurs résultats pourraient aider à estimer le nombre de ces soi-disant pulsars binaires dans notre galaxie et le taux de fusions d'étoiles à neutrons, qui pourraient produire des ondes gravitationnelles (également prédites par la relativité) qui peuvent être observées sur Terre.
Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournent rapidement et qui projettent des jets de particules chargées à partir de leurs pôles magnétiques. Des champs magnétiques intenses accélèrent les particules à presque la vitesse de la lumière, créant des faisceaux d'ondes radio qui brillent dans l'espace comme des phares cosmiques. Avec une précision d'horloge, les pulsars tournent jusqu'à des milliers de fois par seconde, créant une impulsion prévisible lorsque les faisceaux balayent la Terre. Les noyaux compacts des étoiles mortes entassent plus de masse que notre soleil dans l'espace d'une ville et sont les objets les plus compacts de l'univers - des sujets de test idéaux pour la théorie de la relativité générale.
"Les pulsars peuvent fournir des tests de gravité qui ne peuvent être effectués autrement", a déclaré dans un communiqué la co-auteur de l'étude, Ingrid Stairs, de l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver. "Ceci est un autre bel exemple d'un tel test."
La relativité générale, que Albert Einstein a formulée pour la première fois en 1915, décrit comment la matière et l'énergie déforment le tissu de l'espace-temps pour créer la force de gravité. Les objets massifs et denses, tels que les pulsars, peuvent considérablement plier l'espace-temps. Si deux pulsars se trouvent en orbite l'un autour de l'autre, la relativité générale prédit qu'ils peuvent créer une légère oscillation lorsqu'ils tournent, comme une toupie à rotation lente. Cette conséquence de la gravité est appelée précession de spin relativiste.
Lorsque les astronomes ont découvert le PSR J1906 + 0746 en 2004, il ressemblait à presque tous les autres pulsars, avec deux faisceaux polarisés définis visibles à chaque rotation. Mais, lorsque l'étoile à neutrons a été observée une deuxième fois des années plus tard, un seul faisceau est apparu. En examinant les observations de 2004 à 2018, l'équipe de Desevignes a déterminé que la disparition du faisceau était causée par la précession du pulsar.
En utilisant les 14 années de données, ils ont développé un modèle couvrant 50 ans et prédisant avec précision la disparition et la réapparition des deux faisceaux de la précession. Lorsqu'ils ont comparé le modèle à l'observation, le taux de précession correspondait, avec seulement 5% d'incertitude. Les données étaient en parfait accord avec la théorie d'Einstein.
"L'expérience nous a pris du temps", a déclaré Michael Kramer, directeur du département de recherche de physique fondamentale en radioastronomie de l'Institut Max Planck, dans un communiqué. "Être patient et diligent a vraiment porté ses fruits."
