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    La force de la gravité varie-t-elle dans le temps ?

     

    En 1937, le grand physicien Paul Dirac avait émis l'hypothèse que la constante de gravitation G de Newton puisse changer dans le temps. Des idées de ce genre ont fleuri ensuite dans le cadre de théories de la gravitation prolongeant celle d'Einstein. Ces théories peuvent être testées, notamment avec des phénomènes astrophysiques. La dernière méthode utilisée repose sur l'étude des supernovae SN Ia. Résultat : le changement ne peut être que très faible.

     

     
     

    La supernova sur cette image se nomme SN 1994D. Elle a été observée avec le télescope Hubble dans la galaxie NGC 4526. De telles supernovae peuvent servir à étudier des variations dans le temps de l'énergie noire, mais aussi de la constante de la gravitation de Newton. © Nasa, Esa, Hubble Key Project Team, High-Z Supernova Search Team

    La supernova sur cette image se nomme SN 1994D. Elle a été observée avec le télescope Hubble dans la galaxie NGC 4526. De telles supernovae peuvent servir à étudier des variations dans le temps de l'énergie noire, mais aussi de la constante de la gravitation de Newton. © Nasa, Esa, Hubble Key Project TeamHigh-Z Supernova Search Team

     

    La variation dans le temps et dans l'espace des constantes fondamentales de la nature est envisagée depuis au moins la première moitié du XXe siècle. C’est généralement à Paul Dirac que l’on fait remonter l’hypothèse d’une décroissance au cours du temps de la constante de la gravitation de Newton. Il était parvenu à cette hypothèse en 1937 en réfléchissant à de mystérieuses coïncidences, déjà signalées par des chercheurs du calibre d’Hermann Weyl et Arthur Eddington, que l’on pouvait faire émerger en jouant avec des nombres caractéristiques de phénomènes cosmologiques et microphysiques importants. En l’occurrence, comme Dirac l’explique dans une interview enregistrée, le rapport des forces électrostatiques et gravitationnelles entre un électron et un proton est du même ordre de grandeur que le nombre de fois qu’un électron a bouclé une orbite autour d’un proton pendant toute l’histoire de l’univers.

    Ce nombre étant très grand, la coïncidence semble peu crédible, et elle pourrait à priori avoir une signification physique cachée mais très profonde. Einstein a par exemple a été conduit à la découverte de la théorie de la relativité générale en se basant sur un fait curieux : l’égalité entre la masse pesante et la masse inerte d’un corps. Dans le cas présent, comme le rapport formé par Dirac dépend de l’âge de l’univers, Dirac en avait déduit que la constante de la gravitation pouvait changer au cours du temps. De façon similaire, il arrivait à la conclusion que le nombre de nucléons dans l’univers observable augmentait peut-être avec le temps. On donne à ces deux hypothèses le nom d’hypothèse des grands nombres de Dirac (LNH oularge numbers hypothesis en anglais).

    Paul Dirac (1902-1984) a été un des pères fondateurs de la théorie quantique. On lui doit la découverte théorique de l'antimatière. Certaines de ses théories attendent encore une vérification, comme sa prédiction de l'existence des monopôles magnétiques.
    Paul Dirac (1902-1984) a été un des pères fondateurs de la théorie quantique. On lui doit la découverte théorique de l'antimatière. Certaines de ses théories attendent encore une vérification, comme sa prédiction de l'existence des monopôles magnétiques. © Nobel Foundation, Wikipédia, DP

     

    L'hypothèse des grands nombres de Dirac

    Après la seconde guerre mondiale, les idées de Dirac furent reprises dans un cadre théorique plus abouti. La constante de la gravitation de Newton était alors considérée comme un champ scalaire, en interaction avec le champ de gravitation décrit par les équations d’Einstein, dont la valeur peut varier aussi bien dans le temps que dans l’espace. La nouvelle théorie de la gravitation, dite théorie tenseur-scalaire dans le langage moderne, avait notamment été proposée par Carl Brans et Robert Dicke, et c’est pourquoi elle est appelée théorie de Brans-Dicke (elle peut aussi émerger des théories de Kaluza-Klein, comme l’a montré Pascual Jordan).

    Les hypothèses de Dirac et la théorie de Brans-Dicke peuvent être soumises à plusieurs tests. Comme Edward Teller, le père de la bombe H américaine, l’avait fait remarquer, si la constante de gravitation de Newton varie trop vite dans le temps, la luminosité du Soleil dans le passé devait être si forte que la vie sur Terre n’aurait pas pu se développer. La mécanique céleste fournit d’autres tests, par exemple en mesurant la distance entre la Terre et la Lune à l’aide de faisceaux laser réfléchis via des dispositifs apportés par les missions Apollo.

    Deux chercheurs de la Swinburne University of Technology (Melbourne, Australie) viennent de publier un article sur arxiv portant sur une autre façon de tester l’hypothèse d’une modification de la constante de la gravitation de Newton avec le temps. Ils expliquent qu’elle repose sur l’observation d’un grand nombre de supernovae SN Ia.

     

    Constante de la gravitation et masse de Chandrasekhar

    Il existe de bonnes raisons de penser que ces supernovae sont le produit d’explosion de naines blanches, soit parce qu’elles sont entrées en collision, soit parce qu’elles ont accrété trop de masse dans un système binaire en atteignant la fameuse limite de Chandrasekhar. La luminosité intrinsèque d’une SN Ia ne doit donc pas beaucoup varier, et cela permet d’ailleurs de les utiliser pour mettre en évidence l’expansion accélérée de l’univers observable et tenter de comprendre la nature de l’énergie noire.

    Or, selon les deux chercheurs australiens, si la constante de la gravitation de Newton varie au cours de l’histoire de l’univers, cela a un impact direct sur la valeur de la masse de Chandrasekhar, et donc sur la luminosité intrinsèque des SN Ia. Il est possible, sous certaines hypothèses, de tester l’influence d’un changement de luminosité des SN Ia qui refléterait un changement de la valeur de G au cours du temps.

    En utilisant les données concernant environ 580 supernovae SN Ia dans l’univers proche et lointain, les deux astrophysiciens sont parvenus à la conclusion que G n’avait pas changé d’une part sur dix milliards par an pendant les neufs derniers milliards d’années.

     

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    de la revue La Semaine

     

    Sciences:  Les Exoplanètes

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    Les mystères de la comète ISON

     


    Posté par Angélique le mercredi, 15 janvier 2014

     

    Sciences:  Les mystères de la comète ISON


    Par La Voix de la Russie

     

    Ces prochains jours (les 15 et 16 janvier), de la poussière cosmique tombera sur Terre. Il s’agit de restes de la queue de la comète ISON, morte récemment. Si les particules sont assez grandes, alors les Terriens pourront voir une pluie d’étoiles. Il est toutefois plus probable qu’il y ait un autre phénomène : des nuages noctulescents. Les scientifiques vont tenter de ramasser les grains de poussière qui vont tomber sur Terre. Ils devraient y retrouver d’anciennes matières du Système solaire, peut-être même sous forme de bloc de matières organiques.


    Fin novembre, ISON a honoré son unique et fatal rendez-vous avec notre astre. La comète est née dans le nuage d’Oort, vaste sphère composée de blocs de glace entourant le Système solaire. À l’époque où il n’y avait même pas une bactérie sur la jeune planète Terre, ISON commençait sa lente chute vers le Soleil en gagnant de plus en plus de vitesse. Sa matière porte une marque intacte du milieu interstellaire. Sergueï Boulat, directeur du groupe de cryoastrobiologie de l’Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg, explique que c’est pour cela qu’aura lieu une véritable chasse sur Terre.

    « Lorsque la comète a volé vers le Soleil, il y avait déjà une traînée de gaz et de poussière derrière elle. Maintenant, à la mi-janvier, la Terre va rentrer dans cette traînée, qui existait déjà avant son approche du Soleil. Notre objectif est de rassembler les restes de cette poussière qui n’auront pas été trop soumis à la chaleur. Elle a quatre milliards d’années et des poussières. Il s’agit surtout de microparticules de poussière ne mesurant pas plus que quelques microns. Pourquoi ? Ces particules, en rentrant dans l’atmosphère terrestre, même à une grande vitesse, n’ont pas été suffisamment chauffées pour que toute la matière organique qu’elles pourraient contenir disparaisse totalement. »

    Les membres de l’expédition russe en Antarctique, l’endroit le plus pur au monde, vont partir trois fois à la chasse aux grains de poussière d’ici la fin du mois de janvier. Sergueï Boulat ajoute que la matière congelée sera envoyée en laboratoire à partir de la station Vostok et sera étudiée au microscope électronique.

    « L’important est que l’accent soit mis sur les composés carbonés. Il se peut qu’il y ait des blocs de vie, de nucléotides ou d’acides aminés. Si ces particules sont bien rassemblées, il sera alors possible de répondre à la question +Y avait-il des blocs de vie au moment de la formation de la Terre ?+ »

    Fondue par la chaleur de l’astre, la comète a totalement disparu. Ses restes représenteraient également un intérêt pour la science. Malheureusement, Dmitri Vibe, directeur du département de physique et d’évolution des étoiles de l’Institut d’astronomie de l’Académie russe des sciences, souligne qu’ils ne passeront pas par la Terre.

    « En décembre, le télescope Hubble a recherché un nuage de fragments, le reste de la comète après sa rencontre avec le Soleil. Il se trouve très loin de la Terre, et il n’y a aucune chance qu’il rentre en collision avec nous. Nous ne nous trouvons pas dans cette partie de l’espace. Tout ce que nous pouvons voir, ce sont des particules que la comète a perdues avant sa rencontre avec le Soleil. »

    De plus, le scientifique doute que les grains de poussière de la queue de comète arrivent à tomber en Antarctique d’ici la fin du mois de janvier.

    « La fine poussière va freiner dans l’atmosphère et va tout doucement se fixer à d’autres poussières cosmiques que la Terre amasse lors de son mouvement. À quel point pourrons-nous être sûrs qu’une particule appartient à la comète ISON ? Même si nous trouvons ces particules et que nous déterminons leur composition chimique, il sera difficile de les lier à un corps céleste concret. »

    Selon le portail d’informations earthsky.org, les fines particules de comète pourront voyager via des courants d’air pendant plusieurs mois, provoquant ainsi un joli phénomène : un nuage noctulescent. Il n’y aura cependant probablement pas de pluie d’étoiles. Néanmoins, les comètes sont des objets imprévisibles et peu connus. Toute surprise est donc possible. ISON nous en a d’ailleurs déjà offert une. Elle aurait dû être une des comètes les plus brillantes du siècle, éclipsant même la pleine lune. Cela aurait été le cas si le corps céleste n’avait pas disparu prématurément.


    Boris Pavlichtchev

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  • Le Télescope Kepler est en panne

     

    de la revue La Semaine


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