VoicI la troisième traducution promise de PHYS ORG/SCOIENCE
X / Einstein's theory of relativity,
critical for GPS, seen in distant stars
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La théorie
de la relativité d'Einstein, critique pour le GPS, vue dans des étoiles
lointaines
par Chandra X-ray Center
PHOTO Le
système intrigant connu sous le nom de 4U 1916-053 contient deux étoiles sur
une orbite remarquablement proche. L'un est le noyau d'une étoile dont les
couches externes ont été dépouillées, laissant une étoile beaucoup plus dense
que le Soleil. L'autre est une étoile à neutrons, un objet encore plus dense
créé lorsqu'une étoile massive s'effondre dans une explosion de supernova.
L'étoile à neutrons (grise) est représentée dans cette impression d'artiste au
centre d'un disque de gaz chaud éloigné de son compagnon (étoile blanche à
gauche). Crédit: Spectrum: NASA / CXC / Université du Michigan / N. Trueba et
al .; Illustration: NASA / CXC / M. Weiss
Qu'ont en
commun Albert Einstein, le système de positionnement global (GPS) et une paire
d'étoiles à 200 000 milliards de kilomètres de la Terre?
La réponse
est un effet de la théorie générale de la relativité d'Einstein appelé le
«redshift gravitationnel», où la lumière est déplacée vers des couleurs plus
rouges à cause de la gravité. En utilisant l'observatoire de rayons X Chandra
de la NASA, les astronomes ont découvert le phénomène dans deux étoiles en
orbite autour de notre galaxie à environ 29 000 années-lumière (200 000
milliards de miles) de la Terre. Bien que ces étoiles soient très éloignées,
les décalages gravitationnels vers le rouge ont des impacts tangibles sur la
vie moderne, car les scientifiques et les ingénieurs doivent les prendre en compte
pour permettre des positionnements précises pour le GPS.
Alors que
les scientifiques ont trouvé des preuves incontestables de décalages
gravitationnels vers le rouge dans notre système solaire, il a été difficile de
les observer dans des objets plus éloignés à travers l'espace. Les nouveaux
résultats de Chandra fournissent donc des preuves convaincantes des effets de
décalage vers le rouge gravitationnels en jeu dans un nouveau cadre cosmique.
Le système
intrigant est connu sous le nom de 4U
1916-053
Ces deux
étoiles compactes ne sont distantes que d'environ 215 000 miles, soit à peu
près la distance entre la Terre et la Lune. Alors que la Lune tourne autour de
notre planète une fois par mois, l'étoile compagne dense en 4U 1916-053 tourne
autour de l'étoile à neutrons et complète une orbite complète en seulement 50
minutes.
Dans le
nouveau travail sur 4U 1916-053, l'équipe a analysé les spectres de rayons X -
c'est-à-dire les quantités de rayons X à différentes longueurs d'onde - de
Chandra. Ils ont trouvé la signature caractéristique de l'absorption de la
lumière des rayons X par le fer et le silicium dans les spectres. Dans trois
observations distinctes avec Chandra, les données montrent une forte baisse de
la quantité détectée de rayons X près des longueurs d'onde où les atomes de fer
ou de silicium devraient absorber les rayons X. L'un des spectres montrant
l'absorption par le fer - les creux à gauche et à droite - est incluse dans le
graphique principal. Un graphique supplémentaire montre un spectre d'absorption
par le silicium. Dans les deux spectres, les données sont affichées en gris et
un modèle informatique en rouge.
Cependant,
les longueurs d'onde de ces signatures caractéristiques du fer et du silicium
ont été décalées vers des longueurs d'onde plus longues ou plus rouges par
rapport aux valeurs de laboratoire trouvées ici sur Terre (indiquées avec la
ligne verticale bleue pour chaque signature d'absorption). Les chercheurs ont
découvert que le décalage des caractéristiques d'absorption était le même dans
chacune des trois observations de Chandra, et qu'il était trop important pour
être expliqué par un mouvement s’éloignant de nous. Au lieu de cela, ils ont
conclu que cela était causé par un redshift gravitationnel.
Comment cela
se connecte-t-il avec la relativité générale et
notre GPS? Comme le prédit la théorie d'Einstein, les horloges sous la
force de gravité fonctionnent à un rythme plus lent que les horloges vues d'une
région éloignée subissant une gravité plus faible. Cela signifie que les
horloges sur Terre observées à partir de satellites en orbite fonctionnent à un
rythme plus lent. Pour avoir la haute précision nécessaire au GPS, cet effet
doit être pris en compte sinon il y aura
de petites différences de temps qui s'additionneraient rapidement, calculant
des positions inexactes.
Tous les types de radiations , y compris les rayons X, sont également affectés par la gravité. Une analogie est celle d'une personne qui monte un escalier mécanique qui descend. En faisant cela, la personne perd plus d'énergie que si l'escalier roulant était stationnaire ou montant. La force de gravité a un effet similaire sur la lumière, où une perte d'énergie donne une fréquence plus basse. Parce que la lumière dans le vide se déplace toujours à la même vitesse, la perte d'énergie et une fréquence plus basse signifie que la lumière, y compris les signatures du fer et du silicium, passe à des longueurs d'onde plus longues.
C'est la
première preuve solide que les signatures d'absorption sont déplacées vers des
longueurs d'onde plus longues par gravité dans une paire d'étoiles qui a une
étoile à neutrons ou un trou noir. Des preuves solides de décalages
gravitationnels dans l'absorption ont déjà été observées à partir de la surface
des naines blanches, avec des décalages de longueur d'onde généralement
seulement environ 15% de ceux de 4U 1916-053.
Les
scientifiques disent qu'il est probable qu'une atmosphère gazeuse recouvrant le
disque près de l'étoile à neutrons (représentée en bleu) a absorbé les rayons
X, produisant ces résultats. (Cette atmosphère n'est pas liée au renflement de
gaz rouge dans la partie externe du disque qui bloque la lumière de la partie
interne du disque une fois par orbite.) La taille du décalage dans les spectres
a permis à l'équipe de calculer jusqu'où cette atmosphère est loin de l'étoile
à neutrons, en utilisant la Relativité Générale et en supposant une masse
standard pour l'étoile à neutrons. Ils ont constaté que l'atmosphère est située
à 1500 miles de l'étoile à neutrons, à environ la moitié de la distance de Los
Angeles à New York et équivalente à seulement 0,7% de la distance entre
l'étoile à neutrons et son compagnon. Il s'étend probablement sur plusieurs
centaines de kilomètres de l'étoile à neutrons.
Dans deux
des trois spectres, il existe également des preuves de signatures d'absorption
qui ont été décalées vers des longueurs d'onde encore plus rouges,
correspondant à une distance de seulement 0,04% de la distance de l'étoile à
neutrons au compagnon. Cependant, ces signatures sont détectées avec moins de
confiance que celles plus éloignées de l'étoile à neutrons.
Les
scientifiques se sont vu octroyer plus de temps d'observation de Chandra au
cours de l'année à venir pour étudier ce système plus en détail.
Un article
décrivant ces résultats a été publié dans le numéro du
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Explore further
Fastest star ever seen is moving at 8% the speed of
light
More information: Nicolas Trueba et al. A Redshifted
Inner Disk Atmosphere and Transient Absorbers in the Ultracompact Neutron Star
X-Ray Binary 4U 1916–053, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/aba9de ,
arxiv.org/abs/2008.01083
Journal
information: Astrophysical Journal
Provided by
Chandra X-ray Center rna
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MEES
COMMENTAIRES
Je ne crois
pas que notre bon vieux système GPS
souffre gravement de ce point de
vue plus distancié et un peu
spécial , maintenant que les résultats de CHANDRA sont pris escompte ;mais j’adresse
une question aux utilisateurs de GALILEO : lequel des
deux se montre dans l état actiel le plus précis ??????
reponse internet de ce vendredu :Galileo est capable d'avoir une précision métrique là où le GPS, du fait de son ancienneté (il a été mis en place entre 1973 et 1995), donne une localisation à dix mètres près (le GPS est plus fin dans le cas d'un usage militaire).F
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