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Des signaux plus rapides que la lumière dans le milieu interstellaire ?

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Un signal ne peut dépasser la vitesse de la lumière. Aucune expérience ne contredit cette affirmation mais certains phénomènes montrent tout de même l'existence de propagations d'ondes plus rapides que la lumière. Le phénomène serait dû à l'influence du milieu interstellaire sur les ondes radio d'un pulsar.

On observe des pulsars depuis longtemps avec le radiotélescope géant d'Arecibo ici sur cette photo. Crédit : Université de Durham

La théorie de la relativité restreinte d'Einstein est désormais centenaire. Ces dernières années encore, de multiples expériences ont montré avec un degré de précision accru que dans les limites des énergies accessibles aujourd'hui en accélérateur, il était plus qu'irrationnel de douter des prédictions de cette théorie. Certains pensent encore qu'aux abords de l'énergie de Planck, certains processus décrits par la gravitation quantique pourraient modifier la valeur de la vitesse limite de propagation d'un signal dans l'Univers, celle de la lumière. Mais les récentes observations avec le satellite Fermi sont en train de poser des limites sévères à ces spéculations.

Pourtant, comme on l'a montré il y a peu de temps (voir les liens en bas, notamment l'article de Günter Nimtz), il est possible d'observer sur Terre des effets transluminiques, par exemple avec des ondes sonores. Ces phénomènes ne violent cependant pas la théorie de la relativité restreinte car si on observe effectivement des propagations d'ondes plus rapides que la lumière, elles ne peuvent servir à transporter de l'énergie ou de l'information, un signal donc, plus rapidement que ne l'autorise la théorie d'Einstein.

Un exemple de ce phénomène a été récemment découvert dans l'espace au sein des impulsions radio émises par le pulsar PSR B1937+21 situé à plus de 10.000 années-lumière.

Une dispersion des ondes due à des nuages d'hydrogène

On connaît la vitesse de propagation des paquets d'ondes émis par ce pulsar et on sait qu'une fréquence de résonance bien particulière des atomes d'hydrogène neutre modifie les caractéristiques de ces paquets d'ondes autour de cette fréquence lors qu'ils traversent un milieu constitué de ces atomes. L'indice de réfraction autour de cette fréquence conduit alors à un effet de dispersion anormale et une partie du paquet formée par la présence de la superposition d'ondes de fréquences différentes voyage alors plus vite que la lumière.

Une analyse soigneuse du phénomène montre cependant que ces différentes ondes interfèrent, de sorte qu'au final il est impossible de transmettre de l'énergie, et donc d'information, plus vite que la lumière.

Or, le milieu interstellaire de la Voie lactée est empli de nuages d'hydrogène neutre...

A l'aide du radiotélescope d'Arecibo, bien connu pour son utilisation dans le cadre du projet Seti (il a servi récemment à passer un coup de téléphone aux ET avec un iPhone), des astrophysiciens de l'Université du Texas à Brownsville ont étudié les impulsions de PSR B1937+21 dans une bande de 1,5 MHz autour de la fréquence où peut se manifester cette dispersion anormale, précisément 1.420,4 MHz.

Ils ont effectivement observé ce phénomène transluminique mais néanmoins en plein accord avec la théorie de la relativité restreinte. Une publication sur arXiv détaille ce qu'ils ont mesuré ainsi que la théorie sous-jacente.