Des chercheurs de l'Observatoire de Paris, de l'Observatoire de la Côte d’Azur et du centre scientifique de Monaco ont posé une nouvelle contrainte sur la masse du graviton1 en utilisant les éphémérides des planètes du système solaire INPOP.
Contrairement aux cas des gravitations de Newton et d’Einstein, si le champ de gravitation était massif, il ne posséderait pas une portée infinie, mais serait au contraire dépeint par une portée caractéristique appelée longueur de Compton. Autrement dit, si le champ de gravitation avait une masse, il en serait sensiblement diminué au-delà d’une longueur caractéristique que l’on nomme, longueur de Compton.
Cette longueur caractéristique peut, par exemple, conduire à une modification de la vitesse de propagation des ondes gravitationnelles en fonction de leurs fréquences. Ainsi, en étudiant le spectre des ondes gravitationnelles provenant de la coalescence de binaire de trous noirs, la collaboration LIGO-Virgo avait pu contraindre la masse du champ gravitationnel constitué par ce couple de trous noirs très denses à une valeur inférieure à 5,0 X 10-23, correspondant à une longueur de Compton supérieur à 2,6 X 1013 kilomètres. A ces distances, plus la longueur de Compton est grande, plus la masse du champ de gravitation est faible.
© Illustration : Yohann Gominet, IMCCE (textures from Nasa).
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur une autre manifestation possible de la masse du champ de gravitation dans le cas d’un champ gravitationnel peu intense, comme celui que l’on rencontre dans le système solaire. Ils ont étudié en particulier les modifications au niveau des orbites des planètes du système solaire qui seraient impactés par une éventuelle diminution du champ causé par sa masse dans le cadre d’une théorie de gravitation massive.
Pour ce faire, ils ont utilisé l’éphéméride planétaire INPOP (Intégrateur Numérique Planétaire de l’Observatoire de Paris), développée à l'Observatoire de Paris et à l'Observatoire de la Côte d’Azur, pour ajuster le modèle planétaire du système solaire aux observations les plus précises actuellement disponibles, en prenant en compte l’éventualité d’une portée finie de la gravitation. Ainsi, ils ont pu contraindre la longueur de Compton associée à la gravitation à être supérieure à 1,83 X 1013 km – soit plus de 120 000 fois la distance Terre-Soleil – ce qui correspondrait à une masse inférieur à 6,76 X 10-23 eV/c2 – c’est-à-dire inférieur à environ 10-55 grammes.
L’apparente similitude entre les résultats de cette nouvelle étude et celle menée par la collaboration LIGO-Virgo est purement fortuite cependant. Non seulement les deux études se penchent sur différents aspects de la phénoménologie gravitationnelle (l’une impactant la propagation des ondes gravitationnelles, l’autre jouant le mouvement des planètes), mais utilisent aussi des données de natures entièrement différentes (ondes gravitationnelles versus astrométrie planétaire radio et optique dans le système solaire). Les deux types d’étude sont donc complémentaires afin d’éprouver l’existence potentielle d’une masse associée au champ de gravitation.
Référence
Constraining the mass of the graviton with the planetary ephemeris INPOP, Physical Review Letters,
Contacts
Agnes Fienga, astronome, laboratoire Géoazur (CNRS-UCA-OCA-IRD) fienga@geoazur.unice.fr
Olivier Minazzoli, chargé de recherche au centre scientifique de Monaco, détaché au laboratoire Artémis (CNRS-UCA-OCA) Olivier.Minazzoli@oca.eu - Tél. +33 4 92 00 31 95.
1. Parler de « graviton » – particule hypothétique associée à la gravitation quantique – est un abus de langage commode qui découle de la dualité onde-corpuscule manifeste pour les forces fondamentales. L’existence ou non de particules associées aux ondes n’est en fait guère nécessaire pour définir la masse d’un champ, et plus particulièrement la masse du champ gravitationnel. Plusieurs définitions possibles de la masse d’un champ gravitationnel existent, indépendamment de son éventuelle nature corpusculaire. Les auteurs se sont penchés sur une définition particulière qui identifie une hypothétique portée finie de la gravitation à une masse.
