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Mesurer la masse d’une étoile par un effet relativiste ? Hubble l’a fait !

NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Une équipe d’astronomes annonce avoir pu mesurer l’effet de déflexion gravitationnelle produit par une seule étoile grâce au télescope Hubble. Ils ont ainsi pu mesurer directement sa masse en appliquant les équations de la Relativité Générale.

En astrophysique, un effet de lentille gravitationnelle est produit par la présence d’un corps céleste très massif (par exemple, un amas de galaxies) se situant entre un observateur et une source « lumineuse » lointaine. D’après la relativité générale, cette distribution de masse dévie alors les rayons lumineux qui passent à proximité. Dans le cas d’une étoile en revanche, les effets restent limités et quasi inobservables, car la masse en jeu est beaucoup trop faible. C’est pourquoi c’est une prouesse que vient de réaliser Hubble. Les astrophysiciens à l’origine de cette observation ont alors pu déduire la masse de cette étoile, une naine blanche baptisée Stein 2051 B (17 années-lumière), est d’environ 0,68 masse solaire, lorsque celle-ci passait devant une étoile plus lointaine de notre galaxie (5000 années-lumière).

« Einstein serait fier. Une de ses principales prévisions a passé avec succès une épreuve d’observation très rigoureuse », s’est félicité Terry Oswalt, professeur de physique à l’Université d’aéronautique Embry-Riddle dans le Maryland et auteur d’un papier publié dans la revue Science. « Quand un objet passe exactement entre nous et une étoile, cet effet de loupe forme un cercle parfait de lumière appelé l’anneau d’Einstein ». Sauf que cet effet, Einstein le jugeait inobservable. Traçant en 1916 sa célèbre théorie de la relativité générale, le célèbre physicien pensait en effet que l’une de ses prédictions ne serait jamais observée directement, à savoir la lumière d’une étoile éloignée déformée et magnifiée par la gravité d’un objet sur son chemin.

NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Cette recherche « résout aussi un mystère de longue date quant à la masse et la composition de la naine blanche Stein 2051-B », soulignent les chercheurs qui ne basaient leurs estimations que sur la théorie auparavant. Pour mesurer la masse des étoiles, la seule solution était à ce jour de recourir à l’astrométrie, la mesure précise des positions stellaires, et de l’appliquer à ce que l’on appelle les systèmes binaires, c’est-à-dire des couples d’étoiles liées par leur attraction gravitationnelle mutuelle et en orbite l’une autour de l’autre. Il se trouve que Stein 2051 B est accompagnée d’une étoile naine rouge, mais la méthode du mouvement orbital ne peut pas y être appliquée du fait de leur trop grand écartement de plus de 50 unités astronomiques (1 UA est environ 150 millions de km). Dans ces cas ou dans le cas d’étoiles isolées, cette méthode de la « lentille » s’avère donc être un nouveau moyen de mesure. « La recherche fournit un nouvel outil pour déterminer les masses d’objets que nous ne pouvons pas facilement mesurer par d’autres moyens », explique Terry Oswalt.

Les astronomes américains prévoient d’ores et déjà d’appliquer très bientôt cette méthode centenaire sur l’étoile la plus proche de nous, Proxima Centauri, grâce à Hubble qui devrait par ailleurs bientôt prendre sa retraite. Son successeur, le James Webb Telescope, devrait prendre le relais dans quelques mois, ouvrant une nouvelle ère de l’astronomie.

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