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En astrophysique, l'effet Lense-Thirring (aussi appelé frame-dragging en anglais) est un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein et qui serait détectable autour d'objets en rotation très rapide et/ou dans un champ gravitationnel extrêmement fort, comme autour d'un trou noir.

  Présentation

D'après la relativité générale, aux alentours d'un corps avec un moment cinétique très fort, l'espace et le temps sont en quelque sorte « entraînés » avec le mouvement de rotation (comme un bateau serait « entraîné » par un tourbillon). Cet effet a été découvert pour la première fois en 1918 par les physiciens autrichiens Josef Lense et Hans Thirring dans leurs travaux sur la relativité générale.

  Expériences

L'effet Lense-Thirring est extrêmement faible. Cela implique qu'il est observable seulement autour d'un objet en rotation avec un très fort champ gravitationnel, comme un trou noir. L'autre possibilité est de construire un instrument extrêmement sensible.

La première expérience menée en ce sens a été celle du satellite LAGEOS (Laser Geodynamics Satellite), conçu par la NASA et lancé le 4 mai 1976. Lui a succédé LAGEOS-2, construit par l'Agence spatiale italienne sur les plans du précédent, qui a été placé sur orbite lors de la mission STS-52 de la navette spatiale américaine, le 23 octobre 1992. Ces deux expériences auraient permis de mesurer l'effet Lense-Thirring avec une précision de 10 %, mais avec une marge d'erreur de 5 %^[1].

Le satellite Gravity Probe B, lancé en 2004 par la NASA, a confirmé en 2011 la réalité de cet effet, avec les ordres de grandeur prévus par la relativité générale - mais avec une précision de 19 % seulement ^[2].

Le satellite LARES (Laser Relativity Satellite), développé par l'Italie et lancé le 13 février 2012 par un lanceur Vega de l'ESA, devrait permettre de ramener cette précision à 1 % ^[3].

  Intérêt

Outre le fait de valider finement une des prédictions de la relativité générale, l'intérêt de ces mesures est aussi de mieux cerner le cadre d'une hypothétique théorie quantique de la gravitation.

  Bibliographie

• Einstein, A., The Meaning of Relativity (contient une transcription d'extraits de sa conférence à Princeton de 1921).
• Thirring, H., Über die Wirkung rotierender ferner Massen in der Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift 19, 33 (1918). [Sur les effets de de masses éloignées en rotation dans la théorie de la gravitation d'Einstein]
• Thirring, H., Berichtigung zu meiner Arbeit: "Über die Wirkung rotierender Massen in der Einsteinschen Gravitationstheorie". Physikalische Zeitschrift 22, 29 (1921). [Correction à mon article "Sur les effets de de masses éloignées en rotation dans la théorie de la gravitation d'Einstein"]
• Lense, J. et Thirring, H., Über den Einfluss der Eigenrotation der Zentralkörper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift 19 156-63 (1918) [Sur l'influence de la rotation propre des corps centraux sur le mouvement des planètes et des lunes selon la théorie de la gravitation d'Einstein]
• I. Ciufolini. On a new method to measure the gravitomagnetic field using two orbiting satellites. Il Nuovo Cimento A, 109, 1709-1720, (1996) [Sur une niouvelle méthode pour mesurer le champ gravitomagnétique en utilisant deux satellites en orbite.].
• I. Ciufolini, F. Chieppa, D. Lucchesi, and F. Vespe. Test of Lense-Thirring orbital shift due to spin. Classical and Quantum Gravity 14, 2701-2726, (1997) [Test du décalage orbital de Lense-Thirring causé par le spin].
• I. Ciufolini, E.C. Pavlis, F. Chieppa, E. Fernandes-Vieira, and J. Perez-Mercader, J. Test of general relativity and measurement of the Lense-Thirring effect with two Earth satellites. Science 279, 2100-2103, (1998). [Test de la relativité générale et mesure de l'effet Lense-Thirring avec deux satellites terrestres.]
• I. Ciufolini. Frame Dragging and Lense-Thirring Effect, General Relativity and Gravitation 36, 2257-2270, (2004).
• J. C. Ries, R. J. Eanes and B. D. Tapley. Lense-Thirring Precession Determination from Laser Ranging to Artificial Satellites. Nonlinear Gravitodynamics ed. R. Ruffini and C. Sigismondi (World Scientific, Singapore, 2003a) pp. 201-211 [Gravitodynamique non linéaire].
• L. Iorio. The impact of the static part of the Earth's gravity field on some tests of General Relativity with Satellite Laser Ranging. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 86 277-294, (2003), [Impact de la partie statique du champ de gravité terrestre sur certains tests de la Relativité générale par télémétrie laser sur satellites.]
• J. C. Ries, R. J. Eanes, B. D. Tapley and G. E. Peterson. Prospects for an Improved Lense-Thirring Test with SLR and the GRACE Gravity Mission. Proc. 13th Int. Laser Ranging Workshop NASA CP 2003-212248 ed. R. Noomen, S. Klosko, C. Noll and M. Pearlman. (NASA Goddard 2003b). Preprint [1]. [Perspectives pour un essai amélioré de Lense-Thirring par télémétrie laser sur satellite et la mission GRACE Gravity.]
• L. Iorio and A. Morea. The impact of the new Earth gravity models on the measurement of the Lense-Thirring effect. General Relativity and Gravitation 36, 1321-1333, (2004). Preprint [2]. [L'impact des nouveaux modèles de gravité terrestre sur la mesure de l'effet Lense-Thirring].

• I. Ciufolini, E. C. Pavlis. A confirmation of the general relativistic prediction of the Lense – Thirring effect. Nature 431, 958 - 960 (21 October 2004); doi:10.1038/nature03007 [Une confirmation de la prédiction de la Relativité générale de l'effet Lense-Thirring].

• L. Iorio. On the reliability of the so-far performed tests for measuring the Lense – Thirring effect with the LAGEOS satellites. New Astronomy in press. (2005a); doi:10.1016/j.newast.2005.01.001 [3]
• L. Iorio. On the impact of the secular rates of the even zonal harmonics on the measurement of the Lense-Thirring effect: a quantitative analysis, (2005b). Preprint [4].

  Voir aussi

  Liens internes

• Trou noir de Kerr

  Liens externes

• (en) Frame Dragging
• (en) Duke University press release: General Relativistic Frame Dragging
• (en) Ciufolini et al. LAGEOS paper 1997 - 25% error
• (en) Ciufolini update Sep 2002 - 20% error
• (en) Press release regarding LAGEOS study
• (en) Preprint by Ries et al.
• (en) Ciufolini and Pavlis Nature new article on 2004 re-analysis of the LAGEOS data
• (en) Iorio general paper with full references
• (en) Iorio paper on the impact of the secular variations of the even zonal harmonics of the geopotential

An early version of this article was adapted from public domain material from http://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/ast06nov97_1.htm

  Notes et références

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