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L’effet Lense-Thirring démontré ?

TEMPS DE LECTURE : 5MN
 
Par Amira Val Baker, Astrophysicienne à la Resonance Science Foundation, le 14 Février 2020.
 

Un couple de pulsars a pour la première fois mis en évidence l’effet Lense-Thirring

La déformation de l’espace–temps par une masse en rotation, autrement connu comme l’effet Lense-Thirring, a été prédite par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Einstein a émis l’idée que non seulement la masse courbe l’espace-temps, mais que si elle tourne sur elle-même, la masse entrainera l’espace-temps local en rotation autour d’elle, comme une tornade. L’effet de la déformation de l’espace-temps est donc directement proportionnel à la force de la rotation (spin).
 
Quelques années plus tard, en 1918, les physiciens autrichiens Josef Lense et Hans Thirring ont prédit que la déformation de l’espace-temps due à un corps céleste en rotation – l’effet Lense-Thirring – forcerait un corps en orbite voisine à entrer en précession. C’est-à-dire que plus vous êtes proche du corps en rotation, plus vous êtes entraîné autour de celui-ci – ce qui force l’axe de rotation du corps en orbite rapprochée à changer continuellement de direction sous l’effet de l’attraction gravitationnelle exercée le long de l’orbite. Cet effet est maintenant connu sous le nom de précession de Lense-Thirring (ou effet Lense-Thirring).
 
À haute vitesse, un gyroscope présente une extraordinaire stabilité et maintient la direction de son axe en rotation rapide. Le moment angulaire est ainsi conservé tant qu’il ne subit pas de force extérieure (moment de force extérieur). Cependant donc, en présence de forces extérieures, le gyroscope va subir une précession due à l’influence d’un moment de force extérieur (la force de rotation d’un objet très proche), autrement dit le moment de force extérieur va produire un changement dans le moment angulaire du gyroscope – mais seulement dans sa direction, pas dans sa magnitude. En 1960, Schiff a montré qu’un gyroscope idéal en orbite autour de la Terre subirait des précessions relativistes dues à l’effet Lense-Thirring. Etant donné que l’effet Lense-Thirring est analogue à la façon dont un corps en rotation chargé électriquement génère du magnétisme, on l’appelle également « l’effet gravitoélectromagnétique ».
 
En 2004, cet effet a été mesuré dans l’expérience « Gravity Probe B » qui consistait à placer un satellite contenant 4 gyroscopes en orbite polaire autour de la Terre. La vitesse de précession gravitoélectromagnétique a été mesurée et la vitesse du décalage de l’effet Lense-Thirring s’est trouvé être en accord avec les prédictions théoriques, validant ainsi les effets du gravitoélectromagnétisme et sa corrélation avec la vitesse angulaire du corps en rotation.
 
Récemment une équipe de scientifiques a poussé l’expérience au niveau supérieur et pour la première fois a mesuré ces effets sur un gyroscope naturel : le système binaire des Pulsars PSR J1141 et 6545. Situé à 10'000 années-lumière de la Terre, ce système consiste en une étoile à neutron de 20 kms de diamètre sur une orbite de 5 Heures, accompagnée d’une Naine Blanche en rotation rapide. L’étoile à neutron est fortement magnétisée et émet donc du rayonnement électromagnétique de ses pôles magnétiques. Ces radiations sont observées uniquement lorsqu’elles pointent en direction de la Terre, ce qui lui donne l’apparence de pulser (c’est la raison pour laquelle nous lui donnons le nom de Pulsar). C’était l’un de ces pulses (Impulsion électromagnétique émise à intervalles très réguliers) que l’astrophysicien australien Matthew Bailes a détecté pour la première fois il y a presque 20 ans et qu’il n’a jamais arrêté de traquer depuis.
 
Avec près de 20 ans de données collectées, l’équipe a été capable de rendre une analyse détaillée du temps de pulsation. Leurs analyses ont révélé que la géométrie et l’état du système binaire fluctuaient et que l’orientation du plan de l’orbite des pulsars présentaient une précession. Cette précession, selon les résultats de cette étude, est due à l’effet Lense-Thirring généré par la rotation ultra-rapide de la naine blanche, et démontre pour la première fois les effets mesurés de l’effet Lense-Thirring sur le champ de l’espace-temps.

La Perspective de la Resonance Science Foundation :

Dans un Univers où l’espace n’est pas vide mais plein d’énergie – comme un superfluide – alors l’effet Lense-Thirring est un processus extrêmement important à prendre en considération. Ces effets peuvent non seulement révéler des informations à propos du spin du système, mais ils peuvent aussi révéler des informations à propos des conditions limites définissant un système en rotation – tel un trou noir supermassif ou les bras spiraux d’une galaxie. Maintenant que nous avons pu mesurer ces effets sur un système binaire de pulsars en rotation, nous pouvons espérer étudier ces effets sur beaucoup d’autres systèmes en rotation dans l’univers.
 
 
 
 
Traduction proposée par Hugo Charles et relue et corrigée par Olivier Thomas
 
 
 
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