Avance du Périhélie de Mercure
Vers la fin du XIXème siècle, à mesure que les instruments et les observations se sont affinés, les scientifiques ont remarqué des décalages par rapport aux lois de Newton, notamment l’avance de périhélie de Mercure. Même en rajoutant la contribution des autres planètes, il subsiste un petit décalage de 43 secondes d’arc par siècle.
La théorie de la relativité générale prédit une courbure de l’espace-temps importante au voisinage d’un astre massif. L’astre le plus massif, le plus près de nous est le Soleil, et il est facile de vérifier si l’espace est bien courbe.
Après avoir écrit ses équations, Einstein s’est empressé de calculer cette avance de périhélie de Mercure et a trouvé exactement 43 secondes d’arc par siècle, ceci l’a conforté dans le pouvoir explicatif de la théorie de la relativité générale fraîchement échafaudée.
Ralentissement des horloges dans un champ de gravitation
De manière anecdotique, une fusée a également été envoyée à 10 000 km d’altitude en 1976, avec à son bord une horloge atomique équipée d’un laser à hydrogène. Il a été alors possible de comparer la cadence de cette horloge et de celle identique restée sur terre. Cela a également confirmé à 0.007% près un ralentissement des horloges dans un champ de gravitation.
Entraînement de l’espace temps gravity probe B
En 2004, une sonde a été lancée : Gravity Probe B, équipée de gyroscope avec des sphères de silicium. La sonde était programmée pour fonctionner 1 an afin de récolter assez de données pour démontrer un autre effet de la relativité générale : l’effet Lense-Thirring, ou l’entraînement de l’espace-temps au voisinage de la terre.
En 2005 les premiers résultats ont permis de conclure qu’un effet de ce genre existe, mais les données trop bruitées diffèrent la confirmation des valeurs précises prédites par la relativité générale.
Système binaire de pulsars
Un pulsar est une étoile à neutron tournant rapidement sur elle-même, émettant des ondes électromagnétiques dans la direction de ses pôles magnétiques, qui ne coïncident pas forcément avec son axe de rotation, c’est pourquoi nous les voyons clignoter. Certains systèmes observés sont des systèmes doubles d’étoiles similaires qui ont été formés en même temps (pulsar binaire).
Un certain nombre a été observé, et plus précisément PSR B1913+16. Il se trouve que ce système voit sa période diminuer, ce qui est inexplicable par les lois de Newton. Selon la relativité générale, un système de ce type n’ayant pas de symétrie sphérique doit émettre des ondes gravitationnelles, perdre de l’énergie, et donc son orbite doit rétrécir et sa période diminuer.
Des mesures ont été faites pour connaître précisément la masse du système double, la distance de l’orbite, etc… Hulse et Taylor ont calculé la diminution de la période prédite par la relativité générale trouvant une diminution de la période conforme aux observations. Ceci leur a valu le prix Nobel de physique en 1993. Ceci confirme de manière flagrante la relativité générale, mais démontre aussi de manière indirecte l’existence des ondes gravitationnelles.
Détection directe des ondes gravitationnelles
Plusieurs expériences internationales sont en cours : LIGO, LISA. Elles sont toutes basées sur le même principe, l’interférométrie. En effet, pour détecter le passage d’une onde gravitationnelle, il suffit de détecter des variations de longueurs, pour cela, il suffit de régler un interféromètre, et de contrôler la figure d’interférence.
LIGO est un projet américain, composé de deux interféromètres séparés de 3000 km, dont les bras font 4 km.
LISA est un projet de l’ESA pour 2018, c’est un interféromètre spatial avec des bras d’une longueur de 50 millions de km.