Astrophysique

Une boule à facettes pour donner raison à Einstein

La Terre en rotation devrait entraîner avec elle l’espace-temps, selon les calculs du célèbre moustachu. Un effet que des physiciens italiens souhaitent mettre à l’épreuve avec un satellite lancé à bord la nouvelle fusée européenne Vega, qui a décollé lundi pour la première fois lundi de Kourou, Guyane française

Einstein avait-il raison lorsqu’il a postulé sa théorie de la relativité générale, l’un des deux piliers la physique moderne? Tout semble indiquer que oui, comme l’ont récemment montré diverses expériences. Mais les scientifiques, puristes parmi les puristes, n’en seront absolument convaincus que lorsqu’ils pourront affirmer que la marge d’erreur est négligeable par rapport aux belles hypothèses proposées. C’est exactement la démarche que suit une équipe de physiciens italiens, qui visent à démontrer l’une des prédictions de leur éminent confrère moustachu. Ceci à l’aide d’un satellite semblable à une boule à facette de discothèque, installé sur la petite fusée Vega de l’Agence spatiale européenne (ESA), lancée pour la première fois lundi depuis le Centre spatial guyanais, la base européenne située à Kourou, en Guyane française.

L’effet en question est dit «de Lense-Thirring» car, bien qu’inclus implicitement dans la théorie d’Albert Einstein, il a été découvert et calculé par ses homologues Josef Lense et Hans Thirring. Il postule qu’un corps céleste assez massif, qui se trouve en rotation dans l’espace-temps, entraîne avec lui ce dernier en y imprimant une distorsion. Autrement dit, le référentiel local se trouve entraîné dans un mouvement de rotation. A l’image de la distorsion de trajectoire que suivrait un navire sur une eau entraînée dans un tourbillon comme ceux que l’on peut observer dans un lavabo se vidant.

Cet effet est supposément extrêmement faible, si bien que, de deux choses l’une: soit la masse qui le génère est très importante pour le faire apparaître, soit l’instrument pour le détecter est fabuleusement sensible et précis.

La première possibilité pourrait être considérée en étudiant un tour noir, l’un de ces objets «gloutons» de l’Univers, extrêmement massifs, qui avalent tout sur leur passage, la lumière y compris. Mais les trous noirs sont très éloignés et – par essence – difficiles à observer… Les physiciens ont donc privilégié le deuxième plan, à savoir développer une technologie assez fine pour faire apparaître cet effet de Lense-Thirring.

En 2004, des chercheurs de l’Université de Stanford (Etats-Unis) et de la Nasa ont lancé la sonde Gravity Probe B dans ce but, en orbite autour de la Terre. Au cœur de cet engin: des sphères de métal quasi parfaites tournant à une vitesse inouïe, entre 5000 et 10000 tours par minute, et formant ainsi des gyroscopes très fiables, qui conservent un axe de rotation avec une orientation infiniment précise. Une orientation qui, pour bien faire les choses, pointait en direction d’une étoile très lointaine considérée comme un point fixe de l’espace. Ainsi, ont postulé les scientifiques, si l’effet de Lense-Thirring existe, la sonde devrait subir les distorsions de l’espace-temps générées par la Terre en rotation. Et donc, l’axe de rotation de gyroscope aussi devrait être légèrement dévié de son point de référence.

En mai 2011 seulement, après avoir luté avec l’analyse de leurs mesures, les physiciens ont enfin pu annoncer la nouvelle: selon la théorie, l’axe des gyroscopes de la sonde Gravity Probe B devait varier de 39.2 millisecondes d’arc seulement, soit l’angle avec lequel on observe le diamètre d’un cheveu depuis une distance de 400 mètres; la mesure a indiqué 37.2 millisecondes d’arc! Un résultat quasi concluant (Le Temps du 07.05.2011).

«Il est émouvant de voir que l’on a eu besoin de près d’un siècle de développement technologique avant d’être capables de vérifier des prédictions de la relativité générale», se réjouissait alors Georges Meylan, professeur au Laboratoire d’astrophysique de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. Et d’ajouter: «Et ce n’est pas fini. Plusieurs théories alternatives tentent toujours de mettre en défaut Einstein»…

C’est là qu’entrent en jeu des physiciens de l’Université de Lecce avec l’aide de l’Agence spatiale italienne (ASI), pour tenter de tirer définitivement l’affaire au clair. Ils ont développé le satellite LARES (acronyme pour Laser Relativity Satellite). Il s’agit d’une mission technologique à petit budget, mais aux grands objectifs: alors que la sonde Gravity Probe B a démontré l’existence de l’effet Lense-Thirring avec une précision de 19%, et que deux autres satellites (LAGEOS) l’ont précédemment fait avec une incertitude de 10%, LARES vise à obtenir une marge d’erreur de 1%.

LARES ne paie pas de mine: une sphère de tungstène de 36 cm de diamètre, percée de 92 trous dans lesquels ont été installés des miroirs, et qui sera placée sur une orbite à 1400 km d’altitude par la fusée Vega. C’est ensuite depuis la Terre que seront envoyés sur ces miroirs des rayons laser à partir du réseau de stations de l’ILRS (pour International Laser Ranging Service), distribuées à la surface du globe. Les scientifiques mesureront les rayons laser réfléchis, et partant la distance qui sépare le satellite de la Terre. Ils détecteront ainsi tout changement d’orbite, qui serait la signature d’une perturbation de l’orbite du satellite passif, et donc potentiellement une preuve indiscutable de l’existence de l’effet Lense-Thirring, ceci avec donc une précision inégalée jusque-là.

De quoi empêcher définitivement Einstein de se retourner dans sa tombe.

Publicité