Tel le tic-tac d’une horloge en mouvement, les éclairs d’un pulsar binaire se rapprochent dans le temps lorsque l’astre se dirige vers l’observateur et s’espacent quand il s’éloigne. On déduit de ces variations de fréquence les paramètres clés de son orbite : période de révolution, étendue, excentricité et position du périastre. L’observation durant une longue période donne accès à l’évolution de ces quantités.




De nombreux effets propres à la théorie d’Einstein modifient la fréquence des éclairs d’un pulsar binaire. Un petit nombre d’entre eux ont été mesurés avec une grande précision sur certains pulsars binaires : la diminution de la période orbitale due à l’émission d’ondes gravitationnelles (a), l’avance du périastre (b), ainsi que les retards dus à l’effet Shapiro (c) et au rougissement gravitationnel (d). Les valeurs mesurées sont toutes en accord avec les prédictions de la théorie de la relativité générale.


Dans le Système solaire, on vérifie aujourd’hui les prédictions de la relativité générale, théorie de la gravitation d’Einstein, avec une précision de 0,002 pour cent. Toutefois, l’intensité des champs gravitationnels est très faible au sein de cette région du cosmos, et les différences entre la théorie d’Einstein et la théorie newtonienne de la gravitation sont peu marquées. Afin de tester de façon plus complète la théorie d’Einstein, il est nécessaire de l’éprouver dans des conditions plus extrêmes. Or l’Univers abrite des objets qui, depuis plusieurs décennies, autorisent des tests observationnels précis dans des situations où les vitesses des corps sont 10 fois supérieures et le champ de gravitation jusqu’à 100 000 fois plus intense. Ces objets sont les pulsars binaires. En quoi consistent ces systèmes astrophysiques ? Pourquoi et comment servent-ils à vérifier la relativité générale ? Avec quels résultats ?Prenez une fois et demie la masse du Soleil, concentrez-la dans un rayon d’une dizaine de kilomètres, rajoutez-y un fort champ magnétique (disons 1 000 milliards de fois supérieur à celui de la Terre), et faites tourner l’ensemble très rapidement sur lui-même, entre 1 et 100 fois par seconde. En comprimant la matière, ne soyez pas étonné de voir les protons et les électrons se combiner pour former des neutrons. Observez maintenant le faisceau d’ondes radio émis depuis les pôles magnétiques de votre toupie : si leur axe n’est pas aligné avec celui de la rotation, vous apercevez un éclair à chaque tour. Vous venez ainsi de fabriquer un pulsar, c’est-à-dire une étoile à neutrons qui fait penser à un phare maritime – ou plutôt à un stroboscope, tant la fréquence des éclairs est élevée.