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Les physiciens continuent d’essayer de briser les règles de la gravité, mais ce trou noir supermassif vient de dire «  non  »

Les Physiciens Continuent D'essayer De Briser Les Règles De La

Un nouveau test de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein a prouvé que le physicien emblématique avait à nouveau raison – cette fois en réanalysant la célèbre toute première image d’un trou noir, publiée en avril 2019.

Cette image du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87 a été la première observation directe de l’ombre d’un trou noir – l’empreinte de l’horizon des événements, une sphère autour de la singularité du trou noir d’où aucune lumière ne peut s’échapper. La théorie d’Einstein prédit la taille de l’horizon des événements en fonction de la masse du trou noir; et en avril 2019, il était déjà clair que l’ombre correspond assez bien à la prédiction de la relativité générale.

Mais maintenant, en utilisant une nouvelle technique pour analyser l’image, les chercheurs qui ont fait l’image ont montré à quel point l’ombre correspond à la théorie. La réponse: 500 fois mieux que tout test de relativité effectué dans notre système solaire. Ce résultat, à son tour, impose des limites plus strictes à toute théorie qui chercherait à réconcilier la relativité générale, qui décrit le comportement d’objets célestes massifs, avec la mécanique quantique, qui prédit le comportement de très petites choses.

Le grand accomplissement de la relativité générale a été de décrire comment la gravité opère dans l’univers: comment elle tire les objets les uns vers les autres; comment il déforme l’espace-temps; et comment il forme des trous noirs. Pour tester la relativité générale, les scientifiques utilisent la théorie pour prédire comment la gravité agira dans une certaine situation. Ensuite, ils observent ce qui se passe réellement. Si la prédiction correspond à l’observation, la relativité générale a réussi son test.

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Mais aucun test n’est parfait. Regardez comment la gravité du soleil tire Mercure le long de son orbite et vous pouvez mesurer la relativité générale en action. Mais les télescopes ne peuvent pas mesurer le mouvement de Mercure jusqu’au nanomètre. Et d’autres forces – le tiraillement de la gravité de Jupiter, la gravité de la Terre et la force du vent solaire, pour n’en nommer que quelques-unes – ont un impact sur le mouvement de Mercure de manière difficile à séparer des effets de la relativité. Le résultat de chaque test est donc une approximation et la théorie d’Einstein n’est prouvée que plus ou moins.

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L’ampleur de cette incertitude – le facteur «plus ou moins» – est importante. Lorsque les scientifiques testent la relativité générale encore et encore, ils imposent des contraintes à l’idée d’Einstein. La raison pour laquelle ce travail est important est que même si la relativité générale continue de passer des tests, les physiciens s’attendent à ce qu’elle échoue éventuellement.

La relativité générale doit être incomplète, estiment les physiciens, car elle contredit la mécanique quantique. Les physiciens pensent que la divergence signale la présence dans notre univers d’un mécanisme plus vaste et englobant décrivant à la fois la gravité et le monde quantique qu’ils n’ont pas encore découvert. La recherche de failles dans la relativité, espèrent-ils, pourrait révéler des indices pour les aider à trouver cette théorie complète. « Nous nous attendons à ce qu’une théorie complète de la gravité soit différente de la relativité générale, mais il existe de nombreuses façons de la modifier », University of Arizona L’astrophysicien Dimitrios Psaltis a déclaré dans un communiqué. Psaltis est l’auteur principal d’un article publié le 1er octobre dans la revue Physical Review Letters décrivant ce nouveau test et fait partie de l’équipe Event Horizon Telescope (EHT), responsable de l’imagerie de l’ombre du trou noir M87.

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Dans ce nouveau test, Psaltis et ses collègues ont utilisé un ordinateur pour générer des images artificielles du trou noir M87 basées sur une version modifiée de la gravité, où la force de gravité est plus faible ou plus forte à l’horizon des événements. Avec ce scénario de gravité affaiblie, ils ont demandé, quelle serait la taille de l’horizon des événements de ce trou noir? Et avec une gravité plus forte? Ensuite, ils ont vérifié combien de ces modifications possibles ont produit des horizons d’événements avec des tailles correspondant à celle de l’image EHT réellement capturée de M87. Certains l’ont fait, leurs légers écarts par rapport aux prévisions de la relativité générale beaucoup trop faibles pour apparaître dans le claquement, certes flou, du trou noir. Mais la grande majorité ne l’a pas fait.

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« En utilisant la jauge que nous avons développée, nous avons montré que la taille mesurée de l’ombre du trou noir dans M87 resserre la marge de manœuvre pour les modifications de la théorie de la relativité générale d’Einstein par presque un facteur de 500, par rapport aux tests précédents du système solaire » de l’astrophysicien de l’Arizona Feryal Özel, un autre co-auteur de l’étude et scientifique EHT, a déclaré dans le communiqué.

La plupart des méthodes alternatives de fonctionnement de la gravité qu’ils ont envisagées – les théories qui violent la relativité générale d’Einstein – ne rentrent pas dans cette marge de manœuvre nouvellement réduite.

À l’avenir, les chercheurs de l’EHT ont déclaré qu’ils pourraient être en mesure de resserrer encore davantage cette marge de manœuvre.

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L’EHT est un réseau de radiotélescopes du monde entier qui travaillent ensemble pour produire les images les plus nettes possibles de trous noirs supermassifs – des objets qui, bien que grands, sont beaucoup trop petits et sombres pour qu’un télescope puisse être résolu par lui-même. Jusqu’à présent, l’EHT vient de publier une image d’un trou noir, en M87. Mais il y a un autre trou noir plus petit dans notre propre quartier que la collaboration devrait pouvoir imager: Sagittarius A *, le supermassif au centre de la Voie lactée.

Alors que l’EHT a formé son armée de radiotélescopes sur cette cible plus proche, ils ont affiné leur technique théorique et ajouté de nouveaux télescopes à la collaboration. La prochaine image qu’ils produisent, disent-ils, devrait contraindre encore plus la relativité générale.

Ou peut-être verront-ils quelque chose qu’Einstein n’a pas du tout prédit.

Publié à l’origine sur 45secondes.fr.

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