Le gravitomagnétisme, une idée théorique autour depuis 1918, est une conséquence prédite de la relativité générale, dont il est dérivé. Son existence a été prouvée expérimentalement, mais prétendument une seule fois, et il existe certaines variantes de l’effet qui sont plus ou moins étayées par les preuves. Une équipe internationale a affirmé avoir découvert l’effet au milieu des années 90, sur la base des données des satellites LAGEOS I et LAGEOS II. L’effet mesuré était à moins de 10 % de celui prédit par la relativité générale, bien que certains scientifiques doutent encore de la validité de ces résultats. En 2004, les physiciens de Stanford ont lancé Gravity Probe B, un ensemble de gyroscope extrêmement délicat, pour mesurer le gravitomagnétisme dans l’espace avec une précision beaucoup plus grande. Ses données sont en cours d’analyse.
Après qu’Einstein ait présenté sa théorie de la relativité générale, il a fallu des décennies pour comprendre toutes ses conséquences prévues. Le plus célèbre est l’équivalence fondamentale entre la matière et l’énergie, démontrée de manière éclatante par la bombe atomique. La contraction de Lorentz, l’augmentation de la masse et la diminution de la longueur observées par un observateur extérieur regardant un objet se déplaçant à des vitesses relativistes (près de la lumière), en est une autre et a été vérifiée expérimentalement. On sait que le temps passe plus lentement pour les objets se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière, voire nettement inférieures – l’effet a été observé dans les horloges atomiques en orbite autour de la terre.
Cette conséquence mal exposée et testée, le gravitomagnétisme, fait référence au champ qui est censé être créé lorsqu’un corps massif tourne rapidement. Le gravitomagnétisme est nommé à tort – il n’est pas magnétique – la force créée émerge de la gravité, pas de l’électromagnétisme. Mais on l’appelle gravitomagnétisme en raison de la similitude mathématique entre les équations qui décrivent cet effet et la création d’un champ magnétique. De la même manière qu’un champ magnétique est créé lorsqu’un objet chargé tourne, un champ gravitomagnétique est créé lorsqu’un corps massif tourne. Les mathématiques utilisées pour décrire les deux sont fonctionnellement similaires. L’effet pourrait tout aussi bien être appelé un champ gravitorotationnel, un terme qui pourrait être moins trompeur.
Un champ gravitomagnétique très puissant devrait être observé autour des trous noirs supermassifs tournant très rapidement. Ces trous noirs peuvent avoir une masse des millions de fois supérieure à celle du soleil et tourner à un rythme effréné. Ici, dans le système solaire, cependant, l’effet devrait être très faible – de l’ordre de quelques parties par billion dans le schéma global des interactions gravitationnelles – ce qui rend difficile l’observation sans capteurs délicats ou à proximité de planètes massives ou du soleil. .
La sonde de gravité B de Stanford était extrêmement délicate. Il contenait un gyroscope avec un objet sphérique à 40 diamètres atomiques, possédant une distribution de densité presque homogène. Conçu pour détecter le gravitomagnétisme, le gyroscope était destiné à mesurer le « traînement du cadre » – la source de l’effet prédit est une petite torsion dans l’espace-temps créée par la masse en rotation. Un gyroscope en rotation dans le vide devrait tourner avec une uniformité presque parfaite, mais il est prédit que le gravitomagnétisme perturbe légèrement cela. La façon simple de visualiser le glissement du cadre est d’imaginer une boule tournant sur une feuille tendue, qui crée une légère torsion dans la feuille en même temps qu’elle crée une dépression majeure.
Un autre effet prédit est que lorsqu’un satellite orbite autour de la terre dans ce qui devrait être un cercle parfait, il se retrouve en fait dans un endroit légèrement différent, en raison du léger vortex créé par la terre en rotation. Une difficulté dans la mesure du gravitomagnétisme est que le renflement équatorial de la Terre crée des écarts dans le comportement du satellite/gyroscope qui doivent être correctement soustraits d’autres données afin de mesurer l’ampleur du véritable glissement de trame.
Bien qu’une grande quantité de données ait été renvoyée par le Gravity Probe B, l’analyse est en cours. Le gravitomagnétisme est assez mystérieux, et actuellement mal compris. Nous ne saurons probablement pas avant au moins quelques décennies si l’effet aura des applications pratiques ou non.