Le 24.06.2018:HUBBLE ET LE VERY LARGE TELESCOPE PROUVENT UNE FOIS DE PLUS... QU'EINSTEIN AVAIT RAISON

© Nasa/ESA/STSCI

Une équipe internationale a utilisé Hubble et le Very Large Telescope européen pour tester la validité de la relativité générale en mesurant la masse des étoiles d'une galaxie et la courbure de l'espace associée à celle-ci.

C'est la galaxie géante ESO 325-G004, située à 450 millions d'années-lumière d'ici, qui a servi de banc d'essai à l'équipe d'une dizaine de chercheurs. Selon Einstein, la masse énorme de cette galaxie doit courber l'espace-temps qui l'environne, une déformation qui engendre un effet, bien connu aujourd'hui, de lentille gravitationnelle. Le télescope spatial Hubble a découvert que cette galaxie « lentille » forme une image d'une galaxie située en arrière-plan, à dix milliards d'années-lumière. L'alignement quasi parfait des deux galaxies par rapport à la Terre dessine un « anneau d'Einstein » très net et symétrique. D'après les équations de la relativité, les caractéristiques géométriques de cette image permettent de calculer exactement la courbure de l'espace qui l'a engendrée, et, partant, la masse contenue dans la galaxie lentille. Cette expérience d'optique gravitationnelle est classique, cela fait plus d'un quart de siècle que les astronomes observent, par centaines, de tels « mirages gravitationnels » dans l'Univers.

La relativité générale testée à l'échelle d'une galaxie

© Nasa/ESA/STSCI

Le télescope spatial Hubble a découvert un anneau d'Einstein au coeur de la galaxie ESO 325-G004.

Mais alors, en quoi l'expérience de l'équipe de Thomas Collett est-elle particulière ? Eh bien, en général, les galaxies lentilles sont situées à des distances énormes dans le cosmos, distances trop importantes pour pouvoir les étudier en détail. La proximité relative - 450 millions d'années-lumière - de ESO 325-G004 est exceptionnelle, et la précision de l'alignement entre la galaxie lentille et le mirage gravitationnel qu'elle créé est, elle aussi, remarquable. Alors, les chercheurs ont eu l'idée d'utiliser le télescope géant VLT (Very Large Telescope) équipé d'un instrument ultra sensible, Muse, pour mesurer le mouvement des étoiles dans la galaxie ESO 325-G004, et en déduire sa masse...

Résultat ? La masse de la galaxie, et la courbure de l'espace qu'elle génère, sont exactement celles prédites par la relativité générale, aux incertitudes de mesure près. Plus précisément, la courbure de l'espace par unité de masse prédite par Einstein est de 1, l'équipe de Thomas Collett trouve 0.97 +/- 0.09.

Jamais la relativité générale n'avait été testée à une aussi grande échelle, soit environ dix mille années-lumière. Ce résultat est important, d'abord, parce que, pour la millième fois ou plus, il est impossible aux physiciens de mettre en défaut la théorie plus que centenaire, ensuite parce que cette mesure exclue des théories alternatives à la relativité, théories ou les effets de la gravité sont dépendants de l'échelle considérée. Ainsi, des modèles cosmologiques alternatifs, excluant l'existence de la mystérieuse « énergie sombre » observée par les astronomes, et qui d'ailleurs pourrait être la fameuse constante cosmologique d'Einstein, ne résistent pas à ce nouveau test relativiste.

Ce sont deux des plus puissants télescopes contemporains qui se sont associés pour réaliser une expérience de physique très élégante : tester la théorie de la relativité générale. Encore, direz-vous, tant le chef d'œuvre théorique d'Albert Einstein a été jugé à l'aune du monde réel, depuis plus d'un siècle, et toujours au profit du génial physicien ?

Oui, encore, car si la relativité générale a effectivement passé avec succès, parfois à cinq ou six décimales de précision, nombre de tests expérimentaux, la « manip » montée par une équipe internationale menée par Thomas Collett, est inédite : pour la première fois, la relativité a été testée à grande échelle, celle d'une galaxie !