Des astronomes ont détecté un gigantesque déluge d’énergie qui présentait une caractéristique pour le moins étonnante ; ses particules ont été flashées à une vitesse supérieure à celle de la lumière, ce qui devrait être complètement impossible selon les lois de la physique telles qu’on les connaît.
Pour comprendre comment cela peut arriver, il faut d’abord se pencher sur un événement qui remonte à 2017. A cette date, les astronomes ont repéré une collision cataclysmique entre deux étoiles à neutrons. Il s’agit de corps célestes à la fois petits et extrêmement massifs ; ils présentent donc une densité exceptionnelle qui en fait des objets très intéressants pour les chercheurs, car cela leur permet notamment d’étudier les limites de la relativité générale formalisée par Einstein.
La collision a produit de puissantes déformations de l’espace-temps connues sous le nom d’ondes gravitationnelles. Ces dernières ont été repérées par le Large Interferometer Gravitational Wave Observatory, ou LIGO, un observatoire spécialement conçu pour détecter les signaux de ce genre.
Pour les astronomes, c’était un signe qu’un événement important était en train de se dérouler dans cette région du cosmos. Ils ont donc mobilisé plusieurs télescopes de première catégorie, dont Hubble et Gaia, pour tenter d’y voir plus clair.
Une vitesse digne de la science-fiction
Ces instruments ont détecté un gigantesque jet d’énergie qui émanait du lieu de la collision. Ils ont donc cherché à en calculer la vitesse, et c’est là qu’une surprise les attendait ; les particules en question semblaient voyager à… sept fois la vitesse de la lumière.
Le premier réflexe, c’est de se dire qu’une erreur a forcément dû se glisser dans les calculs. Car s’il y a bien une chose sur laquelle tous les modèles physiques actuels sont unanimes, c’est que la matière normale est physiquement incapable de dépasser la vitesse de la lumière.
Les phénomènes en jeu font intervenir plusieurs notions complexes qui dépassent le cadre de cet article ; mais très vulgairement, plus un objet accélère, plus il a besoin d’énergie pour se déplacer encore plus vite. L’explication la plus intuitive, c’est que pour dépasser la vitesse de la lumière, il faudrait donc lui fournir une quantité d’énergie infinie — ce qui est par définition impossible.
Le mouvement supraluminique, une simple illusion d’optique
Pourtant, les instruments des chercheurs fonctionnaient parfaitement, et leur méthodologie était suffisamment solide pour éviter toute erreur de calcul. En réalité, ce chiffre improbable provient d’une illusion d’optique liée à la puissance exceptionnelle du jet.
Pour calculer sa vitesse, les astronomes se sont basés sur la lumière — ou plutôt, sur les photons — qu’il émettait. « Puisque le jet se rapprochait de la Terre quasiment à la vitesse de la lumière, les photons produits en cours de route devaient voyager de moins en moins loin [pour arriver à la Terre]. En un sens, le jet courait après sa propre lumière », explique la NASA dans un communiqué.
Du point de vue de l’observateur, ces photons semblent donc arriver beaucoup plus rapidement que prévu, ce qui conduit généralement à surestimer leur vitesse. C’est ce phénomène, baptisé mouvement supraluminique, qui permet d’expliquer pourquoi ces particules semblaient défier les lois de la physique. En intégrant cette notion dans leurs calculs, les chercheurs ont pu déterminer la vitesse réelle du jet ; il voyageait en fait à un peu plus d’un milliard de kilomètres par heure, (99,7% de la vitesse de la lumière), ce qui reste tout de même assez exceptionnel.
Un axe de recherche très prometteur
Même si elles ne sont pas rarissimes dans l’absolu, ces observations restent très intéressantes pour les chercheurs. D’après cet article de Futura, l’étude de ces phénomènes supraluminiques pourrait aider à préciser la fameuse constante d’Hubble-Lemaître, qui décrit la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent les unes des autres à cause de l’expansion de l’univers.
Sa valeur exacte reste encore sujette à débat ; et comme souvent lorsque les spécialistes peinent à arriver à un consensus, cela suggère qu’il manque encore des pièces importantes au grand puzzle que les astrophysiciens tentent de reconstituer pour comprendre le fonctionnement de notre univers. Chaque observation de phénomènes supraluminiques pourraient donc nous rapprocher d’une grande découverte susceptible de révolutionner la cosmologie.
Le texte de l’étude est disponible ici.
