Le principe d'équivalence de la relativité générale testé au radiotélescope de Nançay

L'universalité de la chute libre, qui stipule que deux corps lâchés dans un champ gravitationnel subissent la même accélération, indépendamment de leur composition, a été démontré pour la première fois par Galilée qui aurait lâché des objets de masse différente du haut de la tour de Pise pour vérifier qu'ils atteignent tous deux le sol simultanément. Ce principe est au coeur de la relativité générale d'Einstein qui prédit qu'il doit s'appliquer également aux objets très compacts, tels les étoiles à neutrons et les trous noirs. C'est pourquoi des efforts substantiels sont entrepris pour tester la validité de ce principe en reproduisant l'expérience de Galilée avec de tels objets extrêmes. En analysant les signaux du pulsar J0337+1715 enregistrés par le grand radiotélescope de Nançay, situé au cœur de la Sologne, des chercheurs de l'Observatoire de Paris-PSL, du CNRS, et du LPC2E (Orléans) ont pu tester l'universalité de la chute libre.

Le pulsar J0337+1715 est une étoile à neutrons en orbite autour de deux étoiles naines blanches. Le pulsar émet un faisceau d'ondes radio capté régulièrement par le radiotélescope de Nançay, ce qui permet de mesurer ses mouvements avec une précision de l’ordre du demi kilomètre. Grâce à cette précision remarquable et à la configuration unique de ce système, notamment avec la présence d'un deuxième compagnon vers lequel "tombent" les deux autres étoiles, il a été possible de réaliser une version stellaire de l’expérience de Galilée : deux corps de composition différente tombent avec la même accélération dans le champ gravitationnel d'un troisième (la Terre pour Galilée, le deuxième compagnon dans le cas présent).

L'équipe a démontré que le champ de gravité extrême du pulsar ne peut dévier de plus 1,8 partie par million (avec un niveau de confiance de 95%) par rapport à la prédiction de la relativité générale : c’est la confirmation la plus précise jamais obtenue de la théorie d'Einstein pour des objets très fortement autogravitants.