Visualisation de la nouvelle jauge développée pour tester les prédictions des théories de la gravité modifiées par rapport à la mesure de la taille de l'ombre M87. Crédit :D. Psaltis, UArizona; Collaboration EHT
La théorie de la relativité générale d'Einstein - l'idée que la gravité est une matière déformant l'espace-temps - a résisté à plus de 100 ans d'examens et de tests, y compris le dernier test de la collaboration Event Horizon Telescope, publié aujourd'hui dans le dernier numéro de Lettres d'examen physique .
D'après les constatations, La théorie d'Einstein est 500 fois plus difficile à battre.
Malgré ses succès, La théorie robuste d'Einstein reste mathématiquement inconciliable avec la mécanique quantique, la compréhension scientifique du monde subatomique. Tester la relativité générale est important car la théorie ultime de l'univers doit englober à la fois la gravité et la mécanique quantique.
"Nous nous attendons à ce qu'une théorie complète de la gravité soit différente de la relativité générale, mais il y a plusieurs façons de le modifier. Nous avons découvert que quelle que soit la théorie correcte, il ne peut pas être significativement différent de la relativité générale en ce qui concerne les trous noirs. Nous avons vraiment réduit l'espace des modifications possibles, " a déclaré Dimitrios Psaltis, professeur d'astrophysique de l'Université de l'Arizona, qui jusqu'à récemment était le scientifique du projet de la collaboration Event Horizon Telescope. Psaltis est l'auteur principal d'un nouvel article qui détaille les découvertes des chercheurs.
"C'est une toute nouvelle façon de tester la relativité générale à l'aide de trous noirs supermassifs, " a déclaré Keiichi Asada, membre du conseil scientifique de l'EHT et expert en observations radio des trous noirs pour l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Academia Sinica.
Simulation du trou noir M87 montrant le mouvement du plasma alors qu'il tourbillonne autour du trou noir. L'anneau mince et brillant que l'on peut voir en bleu est le bord de ce que nous appelons l'ombre du trou noir. Crédit :L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. zel; UArizona; IAS.
Pour effectuer le test, l'équipe a utilisé la première image jamais prise du trou noir supermassif au centre de la galaxie voisine M87 obtenue avec l'EHT l'année dernière. Les premiers résultats avaient montré que la taille de l'ombre du trou noir était cohérente avec la taille prédite par la relativité générale.
"À ce moment-là, nous n'avons pas été en mesure de poser la question inverse :dans quelle mesure une théorie de la gravité peut-elle être différente de la relativité générale tout en restant cohérente avec la taille de l'ombre ?", a déclaré Pierre Christian, membre de l'Université de l'Arizona Steward Theory. "Nous nous sommes demandé si nous pouvions faire quelque chose avec ces observations afin de sélectionner certaines des alternatives. »
L'équipe a effectué une analyse très large de nombreuses modifications de la théorie de la relativité générale pour identifier la caractéristique unique d'une théorie de la gravité qui détermine la taille d'une ombre de trou noir.
"De cette façon, nous pouvons maintenant déterminer si une alternative à la relativité générale est en accord avec les observations du télescope Event Horizon, sans se soucier d'autres détails, " a déclaré Lia Medeiros, une boursière postdoctorale à l'Institute for Advanced Study qui fait partie de la collaboration EHT depuis son temps en tant qu'étudiante diplômée de l'UArizona.
L'équipe s'est concentrée sur la gamme d'alternatives qui avaient réussi tous les tests précédents dans le système solaire.
Illustration des différentes forces des champs gravitationnels sondés par cosmologie, tests du système solaire et des trous noirs. Crédit :D. Psaltis, UArizona; NASA/WMAP; ESA/Cassini; Collaboration EHT
"En utilisant la jauge que nous avons développée, nous avons montré que la taille mesurée de l'ombre du trou noir dans M87 réduit la marge de manœuvre pour les modifications de la théorie de la relativité générale d'Einstein de près d'un facteur 500, par rapport aux tests précédents dans le système solaire, " a déclaré Feryal Özel, professeur d'astrophysique de l'Université de l'Arizona, membre senior de la collaboration EHT. "De nombreuses façons de modifier la relativité générale échouent à ce nouveau test d'ombre de trou noir plus strict."
"Les images de trous noirs offrent un tout nouvel angle pour tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, " a déclaré Michael Kramer, directeur de l'Institut Max Planck de radioastronomie et membre de la collaboration EHT.
"Avec les observations des ondes gravitationnelles, cela marque le début d'une nouvelle ère dans l'astrophysique des trous noirs, " dit Psaltis.
Tester la théorie de la gravité est une quête permanente :les prédictions de la relativité générale pour divers objets astrophysiques sont-elles suffisamment bonnes pour que les astrophysiciens ne s'inquiètent pas des différences ou modifications potentielles de la relativité générale ?
"Nous disons toujours que la relativité générale a réussi tous les tests avec brio - si j'avais un centime pour chaque fois que j'entendais ça, " zel a dit. " Mais c'est vrai, quand tu fais certains tests, vous ne voyez pas que les résultats s'écartent de ce que prédit la relativité générale. Ce que nous disons, c'est que même si tout cela est correct, pour la première fois, nous avons une jauge différente avec laquelle nous pouvons faire un test 500 fois meilleur, et cette jauge est la taille de l'ombre d'un trou noir."
Prochain, l'équipe EHT s'attend à ce que des images plus fidèles soient capturées par le réseau étendu de télescopes, qui comprend le télescope du Groenland, le télescope de 12 mètres sur Kitt Peak près de Tucson, et le Northern Extended Millimeter Array Observatory en France.
"Quand nous obtenons une image du trou noir au centre de notre propre galaxie, alors nous pouvons contraindre encore plus les écarts par rapport à la relativité générale, " A déclaré zel.
Einstein aura-t-il toujours raison, alors?
