Les théories actuelles peuvent ne pas décrire notre univers de manière très précise. Crédit d'image: Musée des beaux-arts de Bruxelles et Institut du télescope spatial. Cliquez pour agrandir
Un astronome chinois de l'Université de St Andrews a affiné la théorie révolutionnaire de la gravité d'Einstein, créant une théorie "simple" qui pourrait résoudre un mystère sombre qui a dérouté les astrophysiciens pendant trois quarts de siècle.
Une nouvelle loi sur la gravité, développée par le Dr Hong Sheng Zhao et son collaborateur belge le Dr Benoit Famaey de l'Université Libre de Bruxelles (ULB), vise à prouver si la théorie d'Einstein était en fait correcte et si le mystère astronomique de la matière noire existe réellement. Leurs recherches ont été publiées le 10 février dans la revue américaine Astrophysical Journal Letters. Leur formule suggère que la gravité diminue moins fortement avec la distance comme à Einstein et change subtilement des systèmes solaires aux galaxies et à l'univers.
Les théories de la physique de la gravité ont été développées pour la première fois par Isaac Newton en 1687 et affinées par la théorie générale de la relativité d'Albert Einstein en 1905 pour permettre la flexion de la lumière. Bien qu'il s'agisse de la force la plus ancienne connue, la gravité est toujours un mystère, les théories n'étant pas encore confirmées par les observations astronomiques dans l'espace.
Le «problème» avec les lois d'or de Newton et Einstein est qu'elles fonctionnent très bien sur Terre, mais n'expliquent pas avec précision le mouvement des étoiles dans les galaxies et la flexion de la lumière. Dans les galaxies, les étoiles tournent rapidement autour d'un point central, maintenu en orbite par l'attraction gravitationnelle de la matière dans la galaxie. Cependant, les astronomes ont constaté qu'ils se déplaçaient trop rapidement pour être maintenus par leur gravité mutuelle - donc pas assez de gravité pour maintenir les galaxies ensemble au lieu de cela, les étoiles devraient être rejetées dans toutes les directions!
La solution à cela, proposée par Fritz Zwicky en 1933, était qu'il y avait du matériel invisible dans les galaxies, constituant suffisamment de gravité pour maintenir les galaxies ensemble. Comme ce matériau n'émet pas de lumière, les astronomes l'appellent «matière noire». On pense qu'il représente jusqu'à 90% de la matière dans l'Univers. Cependant, tous les scientifiques n'acceptent pas la théorie de la matière noire. Une solution rivale a été proposée par Moti Milgrom en 1983 et soutenue par Jacob Bekenstein en 2004. Au lieu de l'existence de matériel invisible, Milgrom a proposé que les astronomes comprennent mal la gravité. Il a proposé qu'une augmentation de la gravité de la matière ordinaire soit la cause de cette accélération.
La théorie de Milgrom a été travaillée par un certain nombre d'astronomes depuis et le Dr Zhao et le Dr Famaey ont proposé une nouvelle formulation de son travail qui surmonte bon nombre des problèmes rencontrés par les versions précédentes.
Ils ont créé une formule qui permet à la gravité de changer en continu sur différentes échelles de distance et, surtout, ajuste les données pour les observations des galaxies. Ajuster aussi bien les données de la galaxie dans le paradigme rival de la matière noire serait aussi difficile que d'équilibrer une balle sur une aiguille, ce qui a motivé les deux astronomes à envisager une autre idée de la gravité.
La légende raconte que Newton a commencé à penser à la gravité lorsqu'une pomme lui est tombée sur la tête, mais selon le Dr Zhao, «il n'est pas évident comment une pomme tomberait dans une galaxie. La théorie de M. Newton serait largement écartée - sa pomme volerait hors de la voie lactée. Les efforts pour restaurer la pomme sur une belle orbite autour de la galaxie ont conduit au fil des ans à deux écoles de pensée: la matière noire contre la gravité non newtonienne. Les particules de matière noire viennent naturellement de la physique, avec de belles symétries et expliquent magnifiquement la cosmologie; ils ont tendance à être partout. Le vrai mystère est de savoir comment les éloigner de certains coins de l'univers. Dark Matter est également associé à Dark Energy. Ce serait plus beau s'il y avait une réponse simple à tous ces mystères ».
Le Dr Zhao, boursier avancé PPARC à l'Université de St Andrews, École de physique et d'astronomie, et membre de la Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), a poursuivi: «Il y a toujours eu de bonnes chances que les astronomes réécrivent la loi de la gravité. Nous avons créé une nouvelle formule pour la gravité que nous appelons «la formule simple», et qui est en fait un raffinement de Milgrom et Bekenstein. Il est cohérent avec les données de la galaxie jusqu'à présent, et si ses prédictions sont davantage vérifiées pour le système solaire et la cosmologie, cela pourrait résoudre le mystère de la matière noire. Nous pouvons être en mesure de répondre à des questions courantes telles que si la théorie de la gravité d'Einstein est juste et si la soi-disant matière noire existe réellement ».
«Une théorie de la gravité non newtonienne est maintenant entièrement spécifiée à toutes les échelles par une fonction continue lisse. Il est prêt à être falsifié par des collègues scientifiques. Il est temps de garder l'esprit ouvert pour les nouveaux domaines prévus dans notre formule pendant que nous poursuivons notre recherche de particules de matière noire. »
La nouvelle formule sera présentée lors d'un atelier international à l'Observatoire royal d'Édimbourg en avril, qui aura l'occasion de tester et de débattre de la théorie retravaillée. Le Dr Zhao et le Dr Famaey présenteront leur nouvelle formule à un public d'experts en matière de matière noire et de gravité de dix pays différents.
Le Dr Famaey a commenté «Il est possible que ni la théorie de la gravité modifiée, ni la théorie de la matière noire, telles qu'elles sont formulées aujourd'hui, ne résoudront tous les problèmes de la dynamique galactique ou de la cosmologie. La vérité pourrait en principe se situer entre les deux, mais il est très plausible que nous manquions quelque chose de fondamental à propos de la gravité, et qu'une approche théorique radicalement nouvelle sera nécessaire pour résoudre tous ces problèmes. Néanmoins, notre formule est si joliment simple qu'il est tentant de la voir comme faisant partie d'une théorie fondamentale encore inconnue. Toutes les données des galaxies semblent s'expliquer sans effort ».
Source d'origine: communiqué de presse PPARC
