Les lois de la nature testées par trois télescopes indépendants

Lundi, 15 septembre 2014

Une équipe internationale menée par des chercheurs de l’Université de Swinburne (Australie) et comprenant des chercheurs de l’Institut d’astrophysique de Paris (CNRS/UPMC) a observé un quasar (un objet extrêment brillant entourant un trou noir supermassif) se trouvant dans l’univers primordial à l’aide de trois télescopes, le Very Large Telescope européen situé au Chili et les télescopes Keck et Subaru posés au sommet du Manua Kea à Hawaii. Il s’agissait de tester l’une des quatre forces fondamentales de la physique : celle liée à l’électromagnétisme.

Sur son chemin vers la terre, la lumière du quasar passe au travers de différentes galaxies se trouvant à 10,9 et 8 milliards d’années lumière de nous. Les atomes du gaz dans ces galaxies absorbent spécifiquement une partie de la lumière. C’est grâce à ces absorptions que les astronomes peuvent tester si la constante de structure fine qui régit l’électromagnétisme reste constante au cours du temps. En effet, les atomes absorbent la lumière à des longueurs d’onde qui dépendent très précisément de la constante de structure fine. Les astronomes comparent donc les longueurs d’onde qu’ils mesurent dans l’univers lointain à celles que les physiciens mesurent au laboratoire. Une variation des longueurs d’onde impliquerait une variation de la constante.

 
Représentation du parcours de la lumière depuis sa source (le quasar) jusqu'aux télescopes terrestres et son passage à travers les différentes galaxies. Plus la galaxie est éloignée plus la lumière détectée l'a traversée à une époque lointaine dans le passé © Swinburne Astronomy Productions

Dans les dernières années, une controverse  est apparue. Certains chercheurs anglo-australiens ont affirmé avoir détecté une variation de la constante de structure fine au cours du temps et même d’un point de l’univers à l’autre. Par ailleurs, un autre groupe franco-indien, mené par Patrick Petitjean de l'Institut d'astrophysique de Paris et Ragunathan Srianand de l'IUCAA de Pune (Inde), n'a jamais confirmé ces variations.
 
Dans l’expérience présente, il s’agissait de comparer les résultats de trois télescopes pour la même mesure. Cela permet de raffiner les procédures de mesure et de tester les imprécisions qui peuvent apparaitre au cours de l’utilisation d’un instrument particulier.

Les données utilisées sont d’une qualité exceptionnelle et ont été obtenues par une  large collaboration internationale qui rassemble tous les groupes travaillant dans ce domaine. Le groupe européen a ainsi obtenu un Large Programme de 34 nuits d’observation sur l’instrument UVES de l’observatoire européen. L’équipe française est soutenue par l’Agence Nationale pour la Recherche.

Pour l’instant, aucune variation de la constante de structure fine n’a été confirmée à la précision atteinte. Si variation il y a, elle est plus petite que un dix millième de pourcent. Dans le cas présent, une fois toutes les corrections appliquées, l’équipe montre que les trois télescopes donnent la même réponse.

La publication, menée par Tyler Evans, étudiant de l’université de Swinburne, est acceptée pour publication dans le journal anglais Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Source(s): 

The UVES Large Program for testing fundamental physics – III. Constraints on the fine-structure constant from 3 telescopes, T. M. Evans1⋆, M. T. Murphy1, J. B. Whitmore1, T. Misawa2, M. Centurion3, S. D’Odorico4, S. Lopez5, C. J. A. P. Martins6, P. Molaro3, P. Petitjean7, H. Rahmani8, R. Srianand9, M. Wendt10,11, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Sept. 2014

1 Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Victoria 3122, Australia
2 School of General Education, Shinshu University, 3-1-1 Asahi, Matsumoto, Nagano 390-8621, Japan
3 INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34131 Trieste, Italy
4 ESO, Karl Schwarzschild-Str. 1 85748 Garching, Germany
5 Departamento de Astronomia, Universidad de Chile, Casilla 36-D, Santiago, Chile
6 Centro de Astrofísica, Universidade do Porto, Rua das Estrelas, 4150-762 Porto, Portugal
7 Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS-UMPC, UMR7095, 98bis Bd Arago, 75014 Paris, France
8 School of Astronomy, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), PO Box 19395-5531, Tehran, Iran
9 Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics, Post Bag 4, Ganeshkhind, Pune 411 007, India
10 Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Gojenbergsweg 112, 21029 Hamburg, Germany
11 Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam, 14476 Golm, Germany

Contact chercheur :

  • Patrick Petitjean (UMPC - IAP)  l  01 44 32 81 50  l  ppetitje [at] iap [dot] fr

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