Des astronomes observent un phénomène quantique théorisé il y a 90 ans

Cette découverte représente une avancée passionnante de la théorie aux phénomènes observés.

Des astrophysiciens de l’université Johns Hopkins ont mis au point une méthode d’observation d’un phénomène quantique théorisé il y a 90 ans, en utilisant les données du Sloan Digital Sky Survey et de l’observatoire spatial Gaia.

L’équipe a étudié la relation radio-masse des étoiles naines blanches, en examinant les preuves de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité générale d’Einstein dans leurs données.

Au cœur de chaque étoile naine blanche, l’objet stellaire dense qui subsiste après qu’une étoile a brûlé sa réserve de combustible à l’approche de la fin de son cycle de vie, se trouve une énigme quantique : à mesure que les naines blanches ajoutent de la masse, leur taille diminue, jusqu’à ce qu’elles deviennent si petites et compactes qu’elles ne peuvent plus se maintenir, s’effondrant alors en étoile à neutrons.

Cette relation déconcertante entre la masse et la taille d’une naine blanche, appelée le rapport masse-radius, a été théorisée pour la première fois par l’astrophysicien Subrahmanyan Chandrasekhar, lauréat du prix Nobel, dans les années 1930.

Maintenant, les ensembles de données combinés dans la nouvelle recherche ont fourni des observations de plus de 3 000 naines blanches que l’équipe a pu étudier.

“La relation masse-radius est une combinaison spectaculaire de mécanique quantique et de gravité, mais elle est contre-intuitive pour nous – nous pensons que lorsqu’un objet gagne en masse, il devrait devenir plus grand”, a expliqué Nadia Zakamska, professeur associé au département de physique et d’astronomie qui a supervisé les étudiants chercheurs.

“La théorie existe depuis longtemps, mais ce qui est remarquable, c’est que l’ensemble de données que nous avons utilisé est d’une taille et d’une précision sans précédent. Ces méthodes de mesure, qui dans certains cas ont été développées il y a des années, fonctionnent tout à coup tellement mieux, et ces vieilles théories peuvent enfin être sondées.”

L’équipe a obtenu ses résultats en utilisant une combinaison de mesures, comprenant principalement l’effet de décalage vers le rouge gravitationnel, qui est le changement des longueurs d’onde de la lumière du bleu au rouge lorsque la lumière s’éloigne d’un objet. Il s’agit d’un résultat direct de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Les scientifiques ont également dû expliquer comment le mouvement d’une étoile dans l’espace pouvait affecter la perception de son décalage vers le rouge gravitationnel.

Tout comme la sirène d’un camion de pompiers change de hauteur en fonction de son mouvement par rapport à l’auditeur, les fréquences de la lumière changent également en fonction du mouvement de l’objet émetteur de lumière par rapport à l’observateur.

C’est ce qu’on appelle l’effet Doppler, et c’est essentiellement un “bruit” qui perturbe et complique l’estimation de l’effet de décalage vers le rouge gravitationnel, explique Sihao Cheng, collaborateur de l’étude et étudiant de quatrième année.

Pour tenir compte des variations causées par l’effet Doppler, l’équipe a classé les naines blanches de son ensemble d’échantillons par radio.

Ils ont ensuite mis en équation les décalages vers le rouge d’étoiles de taille similaire, découvrant ainsi que, quel que soit l’endroit où se trouve une étoile ou son déplacement par rapport à la Terre, on peut supposer qu’elle a un décalage vers le rouge gravitationnel intrinsèque d’une valeur spécifique.

Cela équivaut à une mesure moyenne de toutes les tonalités de tous les camions de pompiers se déplaçant dans une zone donnée à un moment donné ; on peut s’attendre à ce que tout camion de pompiers, quelle que soit la direction dans laquelle il se déplace, ait une tonalité intrinsèque à cette valeur moyenne.

Comme l’ont révélé les chercheurs, les valeurs intrinsèques du décalage vers le rouge gravitationnel peuvent être utilisées pour étudier les étoiles qui seront observées dans les futurs ensembles de données.

Les chercheurs révèlent que les prochains ensembles de données, plus vastes et plus précis, permettront un meilleur ajustement de leurs mesures et que ces données pourraient contribuer à l’analyse future de la composition chimique des naines blanches.

Cette étude représente une avancée passionnante de la théorie aux phénomènes observés.

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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche