3. Pulsars et tests de la relativité générale
La découverte du premier pulsar binaire en 1974 par les astronomes américains Russel A. Hulse et Joseph H. Taylor conduisit à revoir la théorie de la formation des pulsars mais, surtout, fournit un laboratoire extraordinaire pour tester la théorie de la gravitation d'Einstein, la relativité générale. En particulier, les chronométrages de haute précision des pulsars binaires PSR 1534+12 et PSR 1913+16 ont permis d'apporter la confirmation expérimentale de l'existence des ondes gravitationnelles prédites par la relativité générale au début du xxe siècle. Ces systèmes binaires sont formés de deux étoiles à neutrons en orbite très excentrique avec une période de révolution de quelques heures (10 et 8 heures, respectivement), et l'une des étoiles à neutron est un pulsar observable en radioastronomie. Un tel système perd de l'énergie sous forme de radiation gravitationnelle attestée par la diminution de la période orbitale mesurée par chronométrage. Le taux de diminution mesuré correspond exactement à celui qui est prédit par la relativité générale pour des objets subissant de très fortes accélérations au cours de chaque révolution. Cette découverte constitue une importante contribution des pulsars à la physique fondamentale. De plus, les mesures de chronométrage d'un tel système permettent de détecter l'avance du périastre de l'orbite et la dilatation du temps dû à la courbure de l'espace-temps associée au fort potentiel gravitationnel des deux étoiles à neutrons. Par exemple, le périastre de PSR 1913+16 varie de 4,22 degrés par an, à comparer au même phénomène dans le système solaire, avec l'avance du périhélie de Mercure, de 43 secondes de degré par siècle. Cinq effets relativistes affectant les données de chronométrage des pulsars binaires ont été vérifiés et apportent autant de confirmations expérimentales à la théorie de la relativité générale. La poursuite de programmes d'observations a pour objectif d'en mesurer quatorze autres, qui sont autant de tests de cette théorie à l'échelle macroscopique. La gravité à la surface d'un pulsar, 5 milliards de fois supérieure à celle qui règne à la surface du Soleil, permet d'effectuer ces tests de la relativité générale en champ gravitationnel fort, tests qui sont beaucoup plus contraignants que ceux qui sont effectués dans le système solaire.
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