Espace

Des astronomes calculent la masse d'une étoile pour la première fois

Le téléscope Hubble vient de peser une étoile grâce à une technique décrite par Einstein, que l'on pensait impossible à appliquer.

De Nadia Drake

Le télescope Hubble vient de prouver qu'Albert Einstein avait tort. Ou du moins qu'il était inutilement pessimiste.

Hubble a récemment aperçu une étoile morte à environ 18 années lumière, déformant la lumière d'une étoile plus distante, cachée derrière elle. Einstein avait prédit ce phénomène dans la théorie de la relativité générale, mais il affirmait que les scientifiques n'avaient aucun « espoir » de l'observer un jour. Il faut cependant reconnaître au génial Einstein qu'il avait écrit cette théorie près de 60 ans avant que les scientifiques n'aient mis en orbite des outils d'observation suffisamment puissants pour pouvoir scruter le cosmos.

Après que Hubble a transféré ces images, les astronomes ont été en mesure de relever les indices donnés par la lumière stellaire courbe et de discerner la masse de l'étoile morte, appelée Stein 2051B. Les résultats concordent parfaitement avec la prédiction faite sur la masse des étoiles il y a plus d'un siècle.

« Je pense à ce problème depuis des années. Nous n'étions pas certains d'y parvenir mais cela en valait définitivement la peine, » explique Kailash Sahu de l'Institut scientifique Space Telescope Science Institute, auteur principal d'un rapport décrivant l'observation publié aujourd'hui dans le journal Science.

L'IMPOSSIBLE THÉORIE D'EINSTEIN

La probabilité d'un alignement pouvant donner un effet de « microlentille gravitationnelle », phénomène astronomique utilisé pour détecter des corps célestes à l'aide d'une lentille gravitationnelle est évaluée à une étoile sur un million. Ce phénomène de microlentille gravitationnelle a été précédemment observé en utilisant notre soleil comme lentille, notamment pendant l'éclipse solaire totale de 1919. Arthur Eddington avait alors mesuré les positions des étoiles situées près du centre du soleil obscurci. Il avait observé que la gravité émise par notre étoile déformait cette lointaine lumière stellaire, démontrant qu'Einstein avait vu juste dans sa théorie de la relativité générale.

Les astronomes ont usé de techniques similaires pour détecter des exoplanètes et autres agrégats dans l'invisible « matière noire », qui déformaient la lumière émanant d'objets situés derrière eux. Des amas de galaxies ont été ainsi utilisés comme lentilles pour observer des étoiles lointaines exploser encore et encore.

Mais jusqu'à aujourd'hui, personne n'avait aperçu une petite étoile courber la lumière d'une autre étoile. Ce scénario avait été décrit par Einstein en 1936 dans un article également publié dans Science, dans lequel il suggérait que ce phénomène probable serait « impossible à observer ».

Il s'avère qu'Einstein a publié cet article uniquement parce qu'un de ses amis le lui a suggéré : « Il y a quelques temps, R. W. Mandl est venu me rendre visite et m'a demandé de publier les résultats d'un petit calcul que j'avais fait à sa demande,» a-t-il écrit. « Cet article était fait pour satisfaire son désir. »

LUCIOLE COSMIQUE

Pour trouver le bon alignement stellaire, Sahu et son équipe ont scruté plus de 5 000 étoiles qui avaient le potentiel de servir de lentilles avant d'identifier 2051B. Cet objet cosmique est une naine blanche. Une étoile petite, dense... et morte, anciennement similaire à notre soleil.

Ils avaient fait là la plus grande partie du travail. L'alignement fortuit de deux étoiles est une chose, pouvoir être en mesure de l'observer en est une autre. Comme l'a décrit Sahu, le déplacement des étoiles dans le ciel est à peine visible.

« Imaginez une luciole allant d'un côté d'une pièce de 1 euro à l'autre. Et vous devez détecter ce mouvement à une distance de 2 400 kilomètres,» explique-t-il. « Il y a une deuxième source lumineuse, une ampoule [l'étoile naine blanche] près de la luciole. Eh bien vous devez détecter le petit mouvement de la luciole d'après son reflet dans l'ampoule.»

Sahu a demandé l'autorisation d'utiliser l'extension de l'œil humain dans le ciel, le télescope Hubble. Cela lui a été accordé huit fois entre octobre 2013 et octobre 2015.

Il est certain que la gravité de Stein 2051B a déformé la lumière de cette luciole cosmique. Sur la base de cette déviation lumineuse, l'équipe d'astronomes a calculé la masse de la naine blanche. L'étoile a une masse similaire à notre soleil à 68 % et une circonférence similaire à 1 % et confirme la théorie avancée par Subrahmanyan Chandrasekhar en 1930 décrivant les interactions de mécanique quantique des atomes dans le cœur d'étoiles.

« Sa théorie prédisait que le rayon solaire de naines blanches décroissait à mesure que la masse de celles-ci augmentait d'une certaine manière, et notre mesure de la masse de cette étoile confirme précisément cela,» note Sahu.

« Était-ce surprenant ? En un sens oui, parce que les mesures confirment rarement les prédictions. Mais il était agréable de savoir que la théorie sur laquelle nous nous basions depuis le début était correcte.»

Les résultats des observations d'Hubble suggèrent par ailleurs que contrairement aux hypothèses précédemment avancées, Stein 2051B n'avait pas un noyau de fer. Cela aurait induit que l'étoile était très vieille, plus ancienne même que l'univers. En d'autres termes, cette petite naine blanche est la plus normale, la plus banale étoile morte imaginable, et les scientifiques s'en réjouissent.

Maintenant que Sahu et ses collègues ont réussi leur tour cosmique, ils espèrent que leurs travaux serviront à la mesure des masses d'autres étoiles, peut-être en utilisant le satellite de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) Gaia, occupée pour l'instant à observer les milliards d'étoiles les plus proches, ou le prochain télescope de la NASA, James-Webb.

« Einstein serait fier,» estime Terry Oswalt de la Embry-Riddle Aeronautical University dans un communiqué. « Une de ses prédictions majeures a passé une expérimentation rigoureuse.»

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