Si vous cherchez quelque chose de vraiment unique, alors découvrez le menage cosmique aux trois déniché par une équipe d'astronomes internationaux à l'aide du télescope de la banque verte (GBT). C’est la première fois que les chercheurs identifient un système à trois étoiles contenant un pulsar et l’équipe a déjà utilisé la précision horlogère du battement du pulsar pour observer les effets des interactions gravitationnelles.
«C'est un système vraiment remarquable avec trois objets dégénérés. Il a survécu à trois phases de transfert de masse et à une explosion de supernova, et pourtant il est resté dynamiquement stable », explique Thomas Tauris, premier auteur de la présente étude. «Des pulsars ont déjà été trouvés avec des planètes et ces dernières années, un certain nombre de pulsars binaires particuliers ont été découverts, qui semblent nécessiter une origine triple système. Mais ce nouveau pulsar milliseconde est le premier à être détecté avec deux naines blanches. »
Ce n'était pas seulement une découverte fortuite. Les observations de 4200 années-lumière éloignées J0337 + 1715 provenaient d'un programme d'étude intensif impliquant plusieurs des plus grands radiotélescopes du monde, y compris le GBT, le radiotélescope Arecibo à Porto Rico et le Westerbork Synthesis Radio Telescope d'ASTRON aux Pays-Bas. Jason Boyles, étudiant diplômé de l'Université de Virginie-Occidentale, a été le premier à détecter le pulsar milliseconde, tournant près de 366 fois par seconde, et capturé dans un système qui n'est pas plus grand que l'orbite de la Terre autour du Soleil. Cette association étroite, couplée au fait que le trio d'étoiles est beaucoup plus dense que le Soleil, crée les conditions parfaites pour examiner la vraie nature de la gravité. Des générations de scientifiques ont attendu une telle opportunité pour étudier le «principe d'équivalence forte» postulé dans la théorie de la relativité générale d'Einstein. «Ce système à trois étoiles nous offre le meilleur laboratoire cosmique pour apprendre comment fonctionnent ces systèmes à trois corps et potentiellement pour détecter des problèmes de relativité générale, que certains physiciens s'attendent à voir dans des conditions aussi extrêmes», explique le premier auteur Scott Ransom de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO).
«C'était une campagne d'observation monumentale», commente Jason Hessels, d'ASTRON (l'Institut néerlandais de radioastronomie) et de l'Université d'Amsterdam. «Pendant un certain temps, nous observions ce pulsar chaque jour, juste pour que nous puissions comprendre la façon compliquée dont il se déplaçait autour de ses deux étoiles compagnes.» Hessels a dirigé la surveillance fréquente du système avec le radiotélescope de synthèse Westerbork.
Non seulement l'équipe de recherche s'est attaquée à une formidable quantité de données, mais elle a également relevé le défi de modéliser le système. «Nos observations de ce système ont permis de réaliser certaines des mesures les plus précises des masses en astrophysique», explique Anne Archibald, également d'ASTRON. "Certaines de nos mesures des positions relatives des étoiles dans le système sont précises à des centaines de mètres, même si ces étoiles sont à environ 10 000 milliards de kilomètres de la Terre", ajoute-t-elle.
Menant l'étude, Archibald a créé la simulation du système qui prédit ses mouvements. En utilisant les méthodes scientifiques solides utilisées par Isaac Newton pour étudier le système Terre-Lune-Soleil, elle a ensuite combiné les données avec la «nouvelle» gravité d'Albert Einstein, qui était nécessaire pour donner un sens à l'information. «Pour aller de l'avant, le système offre aux scientifiques la meilleure opportunité à ce jour de découvrir une violation d'un concept appelé le principe d'équivalence forte. Ce principe est un aspect important de la théorie de la relativité générale, et déclare que l'effet de la gravité sur un corps ne dépend pas de la nature ou de la structure interne de ce corps. »
Besoin d'un rappel sur le principe d'équivalence? Ensuite, si vous ne vous souvenez pas que Galileo a laissé tomber deux balles lestées différentes de la tour penchée de Pise, alors vous vous souviendrez peut-être du commandant d'Apollo 15, Dave Scott, d'un marteau et d'une plume de faucon en se tenant debout sur la surface sans air de la Lune en 1971 Grâce aux miroirs laissés sur la surface lunaire, les mesures de télémétrie laser sont étudiées depuis des années et fournissent les contraintes les plus fortes sur la validité du principe d'équivalence. Ici, les masses expérimentales sont les étoiles elles-mêmes, et leurs différentes masses et énergies de liaison gravitationnelle serviront à vérifier si elles tombent toutes l'une vers l'autre selon le principe d'équivalence forte, ou non. «En utilisant le signal d'horloge du pulsar, nous avons commencé à tester cela», explique Archibald. "Nous pensons que nos tests seront beaucoup plus sensibles que toutes les tentatives précédentes pour trouver un écart par rapport au principe d'équivalence forte." «Nous sommes extrêmement heureux d'avoir un laboratoire aussi puissant pour étudier la gravité», ajoute Hessels. "Les systèmes stellaires similaires doivent être extrêmement rares dans notre galaxie, et nous avons heureusement trouvé l'un des rares!"
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse d'Astronomie Pays-Bas. Pour en savoir plus: Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) et communiqué de presse NRAO.
