À l'aide de mesures extrêmement précises d'un pulsar tournant autour de l'orbite du nain blanc, les astronomes ont découvert que la constante gravitationnelle, qui détermine la force de gravité, est «encourageante constante» dans tout l'univers.
On a longtemps cru que la constante gravitationnelle (ou simplement "G") était la même dans tout l'Univers, tout comme la vitesse de la lumière dans le vide et la constante de Planck sont des constantes universelles connues. Mais comment pouvons-nous en être sûrs?
Dans le passé, les scientifiques réfléchissaient les lasers de la lune pour déterminer sa distance par rapport à la Terre, approchant la mesure exacte de G. À présent, les scientifiques utilisaient le radiotélescope Green Bank en Virginie-Occidentale et l'observatoire Arecibo à Porto Rico, examinaient le système solaire en détail et fixaient des éclairs de rayonnement stables produite par une étoile à neutrons en rotation ou un pulsar, distants de milliers d'années-lumière.
Les pulsars sont une horloge cosmique de notre univers. Ce sont les vestiges antiques de grandes étoiles qui ont survécu à une explosion de supernova et se composent maintenant de matières très denses et dégradantes de moins de 32 km de diamètre. Les pulsars possèdent également des champs magnétiques puissants pouvant générer des rayons d'émission radio extrêmement collimatés. Chaque fois que le pulsar tourne, les rayons polaires peuvent être envoyés à la Terre et enregistrés sous forme de pulsations: tout comme un flash de balise clignote à distance. Pour la mesure du temps, cette ondulation est une référence absolue. Les astronomes observent ces objets comme les chronomètres les plus précis de l'univers, rivalisant avec les horloges atomiques les plus avancées de la planète.
Maintenant, en étudiant l'un des pulsars spéciaux appelé PSR J1713 + 0747, les astronomes ont effectué les mesures les plus précises de G en dehors du système solaire.
"La constance surnaturelle de ces restes stellaires a fourni une preuve intrigante que la force de gravité fondamentale, le" grand géant de la physique ", reste inchangée dans l'espace, indique l'astronome Weiwei Zhu, ancien employé de l'Université de la Colombie-Britannique au Canada, dans un communiqué de presse publié par la NRAO. "Cette observation a des implications importantes pour la cosmologie et certaines forces fondamentales de la physique."
Zhu est l'auteur principal d'une nouvelle étude publiée dans Astrophysical Journal.
PSR J1713 + 0747 est le laboratoire idéal pour étudier certaines des valeurs les plus fondamentales d'espace, de temps et de relativité. Premièrement, il a une large orbite unique autour d’un nain blanc. Il faut 68 jours à Pulsar pour boucler la boucle. Il est également incroyablement brillant - l'un des pulsars les plus brillants connus. En tant qu’étoile double, le système perd une très petite quantité d’énergie par les ondes gravitationnelles, un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Leur orbite large et stable signifie que cette perte d’énergie, qui est extrêmement petite, a peu d’effet sur l’orbite du pulsar, ce qui en fait une cible de choix pour toute observation de la gravité. (Avec une orbite plus compacte, plus d'énergie serait dépensée pour se séparer du système en utilisant des ondes gravitationnelles, des erreurs seraient générées lors de la mesure des caractéristiques de l'orbite des pulsars.) Ainsi, nous pouvons maintenant mesurer avec précision le caractère gravitationnel de ce système stellaire. Pourquoi est-ce important?
Le système à double étoile du pulsar et de la naine blanche se trouve à une distance de 3750 années-lumière de la Terre et la valeur de G obtenue après 21 ans d'observations radio coïncide presque complètement avec les mesures les plus précises de G obtenues de notre système solaire. Ainsi, il apparaît (au moins dans ce test) que G est constant dans tout l'univers connu.
"La gravité est le pouvoir qui relie les étoiles, les planètes et les galaxies ensemble", a déclaré l'astronome et co-auteur Scott Rhans de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO). "Bien que cela semble être permanent sur Terre, il existe certaines théories de la cosmologie dans lesquelles on suppose que la gravité peut changer à un autre moment ou dans d'autres parties de l'univers."
"Ces résultats, nouveaux et anciens, nous permettent d'exclure en toute confiance la probabilité de l'existence de moments" spéciaux "ou de lieux caractérisés par un comportement gravitationnel différent", a déclaré Ingrid Stairs, astronome et co-auteur, également de l'Université de la Colombie-Britannique au Canada. "Les théories de la gravité, qui diffèrent de la théorie générale de la relativité, font souvent de telles prédictions et nous avons mis de nouveaux cadres en place pour les paramètres décrivant ces théories."
"La constante gravitationnelle est une constante fondamentale de la physique, il est donc important de vérifier cette hypothèse générale en utilisant des objets dans différents lieux, moments et conditions", a ajouté Zhu. "Le fait que nous voyions cette gravité se comporte de la même manière, à la fois dans notre système solaire et dans les systèmes d'étoiles lointaines, confirme que la constante de gravitation est en réalité universelle." Il est intéressant de noter que dans un avenir proche, nous recevrons un autre «laboratoire de la théorie de la relativité», lorsque le programme mondial Event Horizon Telescope (EHT) commencera à recevoir des données de haute précision, probablement d’ici la fin de cette année.
EHT est un interféromètre global d’une antenne radio distribuée enregistrant les données d’un trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie, appelé Sagittaire A * (ou Sgr A *). Les astronomes se préparent pour la première fois à se pencher sur le puissant laboratoire de gravitation, qui révèle l’environnement gravitationnel le plus extrême connu à ce jour, et qui pourrait ouvrir la physique au-delà de la théorie de la relativité générale.
Il est intéressant de voir si la valeur de G restera constante même à la limite de Event Horizon ...
