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    Einstein a encore raison :les objets à gravité faible et forte tombent de la même manière

    Vue d'artiste du système triple étoile PSR J0337+1715, qui est situé à environ 4, 200 années-lumière de la Terre. Ce système fournit un laboratoire naturel pour tester les théories fondamentales de la gravité. Crédit :NRAO/AUI/NSF ; S. Dagnello

    La compréhension d'Einstein de la gravité, comme indiqué dans sa théorie de la relativité générale, prédit que tous les objets tombent au même rythme, quelle que soit leur masse ou leur composition. Cette théorie a passé test après test ici sur Terre, mais est-ce encore vrai pour certains des objets les plus massifs et les plus denses de l'univers connu, un aspect de la nature connu sous le nom de principe d'équivalence forte? Une équipe internationale d'astronomes a donné à cette question persistante son test le plus rigoureux jamais réalisé. Leurs découvertes, publié dans la revue La nature , montrent que les idées d'Einstein sur la gravité sont toujours d'actualité, même dans l'un des scénarios les plus extrêmes que l'Univers puisse offrir.

    Enlevez tout l'air, et un marteau et une plume tomberont au même rythme – un concept exploré par Galilée à la fin des années 1500 et célèbre illustré sur la Lune par l'astronaute d'Apollo 15 David Scott.

    Bien qu'un fondement de la physique newtonienne, il a fallu la théorie de la gravité d'Einstein pour exprimer comment et pourquoi il en est ainsi. À ce jour, Les équations d'Einstein ont passé tous les tests, des études minutieuses en laboratoire aux observations des planètes de notre système solaire. Mais des alternatives à la théorie de la relativité générale d'Einstein prédisent que les objets compacts avec une gravité extrêmement forte, comme les étoiles à neutrons, tombent un peu différemment des objets de moindre masse. Cette différence, ces théories alternatives prédisent, serait due à la soi-disant énergie de liaison gravitationnelle d'un objet compact, l'énergie gravitationnelle qui le maintient ensemble.

    En 2011, le télescope Green Bank (GBT) de la National Science Foundation (NSF) a découvert un laboratoire naturel pour tester cette théorie dans des conditions extrêmes :un système d'étoile triple appelé PSR J0337+1715, situé à environ 4, 200 années-lumière de la Terre. Ce système contient une étoile à neutrons sur une orbite de 1,6 jour avec une étoile naine blanche, et la paire sur une orbite de 327 jours avec une autre naine blanche plus loin.

    "C'est un système stellaire unique, " a déclaré Ryan Lynch du Green Bank Observatory en Virginie-Occidentale, et co-auteur sur le papier. "Nous n'en connaissons pas d'autres comme celui-ci. Cela en fait un laboratoire unique en son genre pour mettre les théories d'Einstein à l'épreuve."

    Depuis sa découverte, le triple système a été régulièrement observé par le GBT, le radiotélescope de synthèse de Westerbork aux Pays-Bas, et l'observatoire d'Arecibo de la NSF à Porto Rico. Le GBT a passé plus de 400 heures à observer ce système, prendre des données et calculer comment chaque objet se déplace par rapport à l'autre.

    Comment ces télescopes ont-ils pu étudier ce système ? Cette étoile à neutrons particulière est en fait un pulsar. De nombreux pulsars tournent avec une cohérence qui rivalise avec certaines des horloges atomiques les plus précises de la Terre. "En tant que l'un des radiotélescopes les plus sensibles au monde, le GBT est prêt à capter ces faibles impulsions d'ondes radio pour étudier la physique extrême, " a déclaré Lynch. L'étoile à neutrons dans ce système pulse (tourne) 366 fois par seconde.

    Le radiotélescope de synthèse de Westerbork aux Pays-Bas était l'un des trois télescopes utilisés pour étudier le système à trois étoiles, ainsi que le télescope Green Bank en Virginie-Occidentale et l'observatoire d'Arecibo à Porto Rico. Crédit :ASTRON

    "Nous pouvons expliquer chaque impulsion de l'étoile à neutrons depuis que nous avons commencé nos observations, " a déclaré Anne Archibald de l'Université d'Amsterdam et de l'Institut néerlandais de radioastronomie et auteur principal de l'article. "Nous pouvons déterminer son emplacement à quelques centaines de mètres près. C'est une trace très précise de l'endroit où l'étoile à neutrons a été et où elle va."

    Si les alternatives à l'image de la gravité d'Einstein étaient correctes, alors l'étoile à neutrons et la naine blanche intérieure tomberaient chacune différemment vers la naine blanche extérieure. "La naine blanche intérieure n'est pas aussi massive ou compacte que l'étoile à neutrons, et a donc moins d'énergie de liaison gravitationnelle, " a déclaré Scott Ransom, un astronome du National Radio Astronomy Observatory à Charlottesville, Virginie, et co-auteur de l'article.

    Par des observations méticuleuses et des calculs minutieux, l'équipe a pu tester la gravité du système en utilisant uniquement les impulsions de l'étoile à neutrons. Ils ont découvert que toute différence d'accélération entre l'étoile à neutrons et la naine blanche interne est trop petite pour être détectée.

    « S'il y a une différence, ce n'est pas plus de trois parties sur un million, ", a déclaré la co-auteure Nina Gusinskaia de l'Université d'Amsterdam. Cela impose des contraintes sévères à toute théorie alternative à la relativité générale.

    Ce résultat est dix fois plus précis que le précédent meilleur test de gravité, rendant la preuve du principe d'équivalence forte d'Einstein d'autant plus forte. "Nous recherchons toujours de meilleures mesures dans de nouveaux endroits, donc notre quête pour découvrir de nouvelles frontières dans notre Univers va continuer, " conclut Rançon.


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