Un pulsar dans un système stellaire triple comme nouveau laboratoire de la relativité générale d’Einstein

Une équipe internationale de chercheurs, dont des astrophysiciens de l’Université McGill, atteignent les confins de la théorie de la relativité générale d’Einstein en découvrant un pulsar milliseconde en orbite autour de deux naines blanches. Ce système triple, dont le nom est PSR J0337+1715, est gravitationnellement lié et occupe un espace à peine plus grand que celui occupé par le système Terre-Soleil. Les résultats sont publiés dans un article de l’édition du mois de janvier 2014 de la prestigieuse revue Nature.

Les systèmes à trois corps, gravitationnellement liés, sont historiquement connus depuis des centaines d’années. De Newton aux astrophysiciens actuels, de nombreuses études ont été entreprises pour comprendre ces agencements astronomiques très communs dans notre galaxie. Ces études nous ont permis, en mettant en lumière ces interactions orbitales complexes, de contraindre les compositions, les masses et les structures internes des étoiles, pulsars et autres objets astronomiques. Mais surtout ces études sont des tests de la théorie de la gravitation, si des mesures suffisamment précises sont disponibles. Elles nous permettent ainsi, et de manière originale, de renforcer la relativité générale d’Einstein ; soit au contraire de déceler des écarts à ses prédictions qui pourraient favoriser certaines théories concurrentes.

Grâce aux observations à différentes longueurs d’ondes, l’équipe internationale d’astrophysiciens composée notamment de la chercheure Anne Archibald, de la professeure Vicky Kaspi, du stagiaire postdoctoral Ryan Lynch et de l’étudiant au doctorat Chen Karago, tous de l’Université McGill et membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ), les secrets de PSR J0337+1715 ont pu être révélés et analysés.

Un pulsar est une étoile très condensée (une étoile à neutron) qui résulte de l’explosion d’une supernova. En rotation très rapide sur elle-même, elle émet un étroit et intense faisceau de rayonnement qui par l’effet de sa rotation, balaye périodiquement notre direction (comme le faisceau d’un phare) et engendre un signal périodique. C’est ce signal qui a été détecté et dont la période de rotation est de quelques milliers de tours par seconde! Même si ce pulsar n’est pas le seul connu dans un système triple, il est le seul dont les interactions gravitationnelles entre les éléments du système sont très fortes. Elles ont d’ailleurs permis de contraindre la masse des objets du système triple. Ainsi le pulsar possède une masse équivalente à celle du Soleil alors que les deux autres naines blanches sont environ 5 fois moins massives.

Mais plus encore, grâce à des données prises de façon régulière dans le temps avec des radiotélescopes, il a été possible aux chercheurs de déterminer les paramètres orbitaux du système triple. La coplanarité inattendue des orbites presque circulaires semble indiquer un passé évolutif complexe et exotique qui diffère de ceux des systèmes stellaires jusqu’alors connus. Le champ gravitationnel de la naine blanche situé à l’extérieure du système triple accélère fortement l’autre binaire intérieure contenant l’étoile à neutrons.

Ce nouvel objet offre ainsi un potentiel très important de découvertes. Il constitue un outil d’investigation performant pour explorer la nature, la structure et la composition des objets mis en jeu (pulsar et naines blanches), et pour analyser la dynamique et l’évolution de ce système de trois corps en forte interaction. De telles configurations permettent de tester d’une manière remarquable nos théories physiques, en particulier la théorie de la relativité générale d’Einstein.

L’article est disponible en cliquant sur le lien suivant : http://arxiv.org/abs/1401.0535v1

Une entrevue à l’émission les Années Lumières avec Anne Archibald et le professeur Patrick Dufour de l’Université de Montréal et membre du CRAQ, spécialiste des naines blanches est disponible ici : http://ici.radio-canada.ca/emissions/les_annees_lumiere/2012-2013/archives.asp?date=2014/01/12&indTime=1988&idmedia=6994938

Figure : Une image d’artiste du système triple © Argelander-Institut für Astronomie

Renseignements :
Olivier Hernandez, relations avec les medias, CRAQ – Université de Montréal
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