Confirmation du principe d'équivalence de la Relativité Générale avec un Pulsar

Une collaboration impliquant des chercheurs de l'Observatoire de Paris-PSL, du CNRS, et du LPC2E (Orléans) rapporte dans la revue Astronomy and Astrophysics la confirmation la plus précise à ce jour de l'un des piliers de la théorie de la relativité générale d'Einstein: l'universalité de la chute libre ou principe d'équivalence gravitationel pour des objets fortement auto-gravitants, comme les étoiles à neutrons. Pour cela, l'équipe a analysé à l'aide du calculateur MESOPSL les signaux du pulsar PSR J0337+1715 enregistrés par le grand radiotélescope de Nançay, situé au coeur de la Sologne.


Le pulsar PSR J0337+1715 est une étoile à neutron - un coeur d'étoile de 1,44 fois la masse du Soleil effondré en une boule de seulement 25km de diamètre - orbitant avec deux étoiles naines blanches. L'une d'elles est très proche du pulsar, 1/10ème de la distance Soleil-Mercure seulement, et l'autre se situe à une distance comparable à la distance Terre-Soleil.En tournant sur lui-même en seulement 3ms, le pulsar émet un faisceau d'ondes radio qui, tel un phare galactique, balaie l'espace. A chacune des rotations un flash de lumière radio est immédiatement enregistré avec grande précision par le radiotélescope de Nançay. Alors que le pulsar se déplace sur son orbite, la lumière met plus ou moins de temps à arriver sur Terre. C'est la mesure et la modélisation mathématique précise (à la nanoseconde près) de ces temps d'arrivée qui permet aux chercheurs de reconstituer avec une extrême finesse le mouvement de l'astre.

Surtout, c'est la configuration unique du système, avec un second compagnon vers lequel les deux autres "chutent" (orbitent) qui a permis de réaliser une version stellaire de la fameuse expérience de Galilée depuis la tour de Pise: deux corps de compositions différentes chutent avec la même accélération dans le champ gravitationnel d'un troisième (la Terre pour Galilée, la second compagnon dans le cas présent). Ainsi, l'équipe a démontré que le champ de gravité extrême du pulsar ne peut dévier de plus de 1,8 partie par million (avec un niveau de confiance de 95%) par rapport à la prédiction de la relativité générale ce qui en fait la confirmation la plus précise jamais obtenue de la théorie d'Einstein pour des objets très fortement auto-gravitants.


Référence:
An improved test of the strong equivalence principle with the pulsar in a triple star system,
G. Voisin, I. Cognard, P. C. C. Freire, N. Wex, G. Guillemot, G. Desvignes, M.Kramer, G. Theureau Astronomy & Astrophysics, May 2020