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Posté par Michel le Vendredi 18/04/2008 à 00:00
Les quasars, bancs de tests ultimes pour la relativité générale ?
Des astronomes ont obtenu les preuves les plus convaincantes jusqu'ici que les objets massifs courbent considérablement l'espace-temps, comme le prévoit la théorie générale de la relativité. Bien que la nature géométrique de la gravité ait été démontrée la première fois dès 1919, lorsqu'Arthur Eddington a détecté le subtil effet du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...) sur la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...) des étoiles lointaines, de nouveaux résultats fournissent le premier véritable test de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) d'Einstein pour des champs gravitationnels beaucoup plus puissants.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) d'un quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la lumière. Les quasars visibles...)

Mauri Valtonen, de l'observatoire de Tuorla en Finlande explique que ses travaux fournissent en fait la première preuve tangible de l'existence des trous noirs, objets si massifs que la théorie prévoit que l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur...) s'y recourbe complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité...) sur lui-même: "les gens se réfèrent au concept de trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à...) à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) moment, mais d'un point (Graphie) de vue strict, on devrait tout d'abord montrer que la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...) reste valable pour les champs de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) intenses avant d'être vraiment certains que les trous noirs existent," précise le scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.).

Le nouveau test de la relativité générale concerne un noyau galactique lointain, le quasar nommé OJ287, connu pour ses émissions périodiques d'un double éclat optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) très lumineux à peu près tous les 12 ans. En 1988, Valtonen et d'autres ont suggéré que cette émission puisse être engendrée par un trou noir 18 milliards de fois plus massif (Le mot massif peut être employé comme :) que le Soleil, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) duquel gravite un second trou noir environ 200 fois plus léger. Dans un tel système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit « chiffre binaire ») les chiffres de la...), l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) le plus léger traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les...) la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) du trou noir primaire deux fois par orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.), en générant à chaque fois de puissantes émissions d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).

En modélisant ce système, les chercheurs devaient pouvoir tester la relativité générale en prévoyant le moment où le prochain éclat devait se produire. A l'époque, les éclats ultérieurs (qui devaient avoir lieu au cours des années 90) ne pouvaient être prévus qu'avec une précision de l'ordre de quelques semaines, ce qui était insuffisant pour tester des effets relativistes. Mais au début de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dernière, en se basant sur des modèles améliorés et sur des années de surveillance de OJ287, Valtonen et son équipe ont pu prévoir la date de la prochaine impulsion lumineuse: le 13 septembre 2007, avec une précision d'un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) ou deux.

Afin de pouvoir détecter l'impulsion, plus de 25 astronomes de 10 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous...) ont dû travailler ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...). Ceci parce qu'en septembre, OJ287 se lève à l'est juste avant le lever de Soleil, et n'est donc visible, n'importe où sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...), que pendant environ 30 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) avant que le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) ne devienne trop lumineux. Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) eurent lieu depuis le Japon, de la Chine, puis de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) et au final depuis les îles Canaries. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une...), environ 100 mesures ont été réalisées entre le 4 septembre et le 20 octobre, en partie par des astronomes amateurs.

L'éclat du quasar eut bien lieu à cette époque, suggérant fortement qu'Oj287 était effectivement un système de deux trous noirs. En plus de vérifier l'énorme masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) du trou noir primaire, les résultats ont montré que l'orbite du trou noir secondaire accusait une précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de...) de 39 degrés par période. En comparaison, l'effet du Soleil sur notre espace-temps local provoque une précession de l'orbite de Mercure d'un peu plus de 0,1 degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) par siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...) !

En outre, ces travaux suggèrent que le système binaire perd de l'énergie en émettant des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) gravitationnelles - une prédiction fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) de la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique qu'expérimental.) qui attend toujours d'être vérifiée de manière directe. Lorsque cette émission n'est pas incluse dans le modèle, l'éclat du quasar est prévu pour se produire 20 jours plus tard, ce qui fournit une preuve indirecte de l'existence de ces ondes gravitationnelles. Et selon Valtonen, le taux d'émission observé pour OJ287 en font la source connue la plus intense d'ondes gravitationnelles de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), et donc une bonne cible pour les interféromètres laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) comme LISA, particulièrement lors de la période 2016-2019 où les prochains grands éclats sont attendus.

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Source: PhysicsWorld
Illustration: Christine Pulliam (CfA)