Le test le plus précis de la relativité générale à l'extérieur de la Voie Lactée
Publié par Adrien le 23/06/2018 à 00:00
Source: ESO
Grâce à l'instrument MUSE qui équipe le Very Large Telescope de l'ESO au Chili et au Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA, des astronomes ont effectué le test le plus précis à ce jour de la théorie de la relativité générale d'Einstein à l'extérieur de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se...). La galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) voisine ESO 325-G004 a joué le rôle d'une puissante lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.), courbant la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) issue d'une lointaine galaxie située en arrière-plan et générant un anneau d (L'anneau D est un anneau planétaire situé autour de Saturne, le plus interne des anneaux de cette planète.)'Einstein sur sa périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un...). En comparant la 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...) d'ESO 325-G004 à la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par...) de l'espace environnant, les astronomes ont découvert qu'à ces échelles astronomiques, la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) se comportait conformément aux prédictions 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...) générale. S'ensuit l'exclusion de certaines théories alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.).


Grâce à l'instrument MUSE installé sur le VLT de l'ESO, une équipe dirigée par Thomas Collett de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Portsmouth au Royaume-Uni a mesuré le mouvement des étoiles au sein de ESO 325-G004, puis en a déduit la masse de cette galaxie elliptique voisine.

Thomas Collett précise: “Nous avons utilisé les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du Very Large Telescope au Chili afin de mesurer la vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de...) des étoiles au sein de ESO 325-G004, ce qui nous a permis d'estimer la masse galactique nécessaire à maintenir ces étoiles en 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.).”

L'équipe fut également en mesure de déterminer un autre aspect de la gravité. Grâce au Télescope Spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est...) du consortium NASA/ESA, ils ont observé un anneau d'Einstein résultant de la courbure de la lumière en provenance d'une lointaine galaxie par ESO 325-G004. L'observation (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 explique la...) de l'anneau a permis aux astronomes de mesurer la courbure de la lumière et donc de 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 la...) générée par l'énorme masse de ESO 325-G004.

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...) de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels...) d'Einstein prévoit que les objets déforment l'espace-temps périphérique, courbant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) faisceau de lumière passant à proximité. S'ensuit la survenue d'un phénomène de lentille gravitationnelle. Cet effet n'est perceptible que pour les objets massifs. Seules quelques centaines de puissantes lentilles gravitationnelles sont connues – trop lointaines pour la plupart pour permettre la détermination précise de leurs masses. La galaxie ESO 325-G004 est l'une des lentilles les plus proches de nous. Elle se situe à quelque 450 millions d'années lumière de la 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....).

Thomas Collett ajoute: “Grâce à MUSE, nous connaissons la masse de la galaxie d'avant-plan et grâce à Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en l'honneur de...), nous avons mesuré la déviation générée par l'effet de lentille gravitationnelle. Nous avons ensuite effectué une comparaison de ces deux méthodes de mesure de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) – et le résultat fut parfaitement conforme aux prédictions de la relativité générale, avec une incertitude de 9% seulement. Il s'agit là du test le plus précis de la relativité générale effectué à l'extérieur de la Voie Lactée. Et ceci, au moyen d'une seule et même galaxie !”

La relativité générale a été testée avec une précision exceptionnelle à l'échelle du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...), certaines recherches ont porté sur les étoiles situées au centre de la Voie Lactée, les mouvements des étoiles au centre de la Voie Lactée font 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...) d'une étude détaillée mais aucun test précis n'a encore été effectué à des échelles astronomiques plus vastes. Tester, sur de grandes distances, les propriétés de la gravité est indispensable pour valider notre modèle cosmologique actuel.

Ces résultats peuvent avoir des conséquences importantes sur les modèles de gravité alternatifs à la relativité générale. Ces théories alternatives prévoient que les effets de la gravité sur la courbure de l'espace-temps sont dépendants de l'échelle considérée. Cela implique que la gravité devrait se comporter différemment sur de vastes échelles astronomiques qu'elle se comporte à des échelles plus petites telle celle du Système Solaire. Thomas Collett et son équipe ont constaté qu'il était peu probable que cela soit exact, à moins que ces différences ne se produisent qu'à des échelles supérieures à 6000 années lumière.

“L'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) est un endroit étonnant, capable de produire des lentilles que nous pouvons utiliser comme laboratoires”, conclut Bob Nichol de l'Université de Portsmouth, également membre de l'équipe. “Il est tellement satisfaisant d'utiliser les meilleurs télescopes au monde (Le mot monde peut désigner :) pour défier Einstein, et finalement découvrir à quel point (Graphie) il avait raison.”
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