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Quand un jet d’énergie semble voyager… à sept fois la vitesse de la lumière

jet d'énergie
Crédits : NASA Goddard

Un jet de particules libéré par deux étoiles en collision semble se déplacer sept fois plus vite que la vitesse de la lumière. Comment expliquer cette observation surprenante qui défie les lois de la physique ? Les chercheurs ont une idée. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature.

Dans l’Univers, rien ne va plus vite que la lumière (299 792 458 m/s dans le vide). Pourtant, il y a quelques semaines, des astronomes ont détecté un événement depuis l’espace qui semble enfreindre cette règle immuable : un jet d’énergie voyageant à sept fois la vitesse de la lumière. Mais en réalité, il ne s’agit que d’une illusion d’optique.

Mouvement supraluminique

Ce phénomène se produit lorsque les particules sont très proches de se déplacer à la vitesse de la lumière. Dans ce cas précis, une collision stellaire aurait amené des particules à se déplacer à environ 99,97% de la vitesse de la lumière. Pour mieux s’en rendre compte, imaginez rouler à 1,07 milliard de km/h.

Le cataclysme en question avait fait les gros titres scientifiques en 2017. Des astronomes avaient en effet rapporté la détection d’une violente collision entre deux étoiles à neutrons – des noyaux ultra denses d’étoiles massives arrivées en fin de vie. L’événement, qui s’est produit à environ 140 millions d’années-lumière de la Terre, était si puissant qu’il avait généré des ondes gravitationnelles (ondulations dans le tissu de l’espace-temps).

étoile neutrons vitesse de la lumière
Illustration d’artiste de deux étoiles à neutrons en collision. Crédits: NASA / Swift / Dana Berry

Suite à la détection de cet événement, des astronomes du monde entier ont concentré leurs télescopes sur la fusion en question pour apprendre tout ce qu’ils pouvaient à ce sujet. Peu de temps après, tous ont relevé des preuves visibles d’un jet de particules à grande vitesse jaillissant du site de la collision.

Les astronomes ont ensuite effectué des analyses de suivi avec Hubble, l’observatoire spatial Gaia et plusieurs radiotélescopes dans le but de calculer la vitesse du jet.

L’illusion rapportée provient de la faible différence de vitesse entre les particules dans le jet et les particules lumineuses (ou photons) qu’elles émettent.

À chaque point de leur chemin, les jets émettent de la lumière. Prenons maintenant l’exemple d’un jet émettant un photon de lumière à un instant T, puis un second une année plus tard. De notre point de vue, ces deux photos seront captées par les télescope avec beaucoup moins d’un an de différence, car le jet aura à peine eu le temps de prendre du retard au moment d’émettre le second. Nos télescopes capteront donc ces deux photos plus rapidement (disons à deux mois d’intervalle), montrant pourtant que le jet a progressé d’une année-lumière. C’est ce qui donne cette impression de vitesse supraluminique.