Pourquoi devons-nous repenser la gravité

trou noir einstein
Représentation artistique du moment où un observateur traverse l'horizon des événementss : Goddard Space Flight Center de la NASA/J. Schnittman et B. Powell

Dans notre quête infinie pour comprendre l’univers, chaque observation révèle de nouvelles énigmes, ouvrant ainsi la voie à de passionnantes découvertes. Récemment, une équipe de chercheurs a mis en lumière un mystère cosmique intrigant qui pourrait ébranler notre compréhension même de la gravité tout en soulevant des questions cruciales sur d’autres aspects de la physique fondamentale.

Des incohérences dans les mouvements galactiques

Lorsque nous observons l’univers à grande échelle, notamment les vastes groupes de galaxies interagissant sous l’influence de la gravité, nous constatons des incohérences dans leurs mouvements. Ces observations défient les prédictions de la théorie de la relativité générale d’Einstein qui postule que la gravité est une force constante agissant de manière uniforme à toutes les échelles.

Cet écart entre la théorie et les observations suggère ainsi que la gravité pourrait être plus complexe et varier à différentes échelles cosmiques, ce qui remet ainsi en question l’universalité de cette force fondamentale.

Le Dr Niayesh Afshordi, professeur d’astrophysique à l’Université de Waterloo, qualifie ce phénomène de « problème cosmique ». Et pour cause, cette observation remet en question un pilier fondamental de la physique moderne : le principe d’équivalence d’Einstein (ou symétrie de Lorentz) qui postule que les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels.

La matière noire et l’énergie noire : des mystères à intégrer

Cependant, ce mystère cosmique ne se limite pas seulement aux mouvements des galaxies. Il soulève également des questions fondamentales sur d’autres aspects de la physique moderne, notamment la nécessité d’intégrer la matière noire et l’énergie noire pour compléter notre modèle actuel de l’univers.

La matière noire et l’énergie noire sont deux composantes mystérieuses qui, bien que non détectées directement, semblent jouer un rôle crucial dans la structure et l’évolution de l’univers. La matière noire, dont la présence est inférée à partir des effets gravitationnels observés au sein des galaxies et des amas de galaxies, constituerait la majeure partie de la masse totale de l’univers, tandis que l’énergie noire est tenue pour responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers.

Or, l’intégration de la matière noire et de l’énergie noire dans le cadre de la relativité générale pose un défi majeur pour les cosmologistes. Ces composantes exotiques de l’univers semblent en effet défier les lois connues de la physique et nécessitent donc une compréhension plus profonde de la nature de la gravité et de l’espace-temps.

matière noire gravité
La matière noire (représentée en bleu sur cette image satellite composite) domine jusqu’à 85 % de la masse de la plupart des galaxies. Crédits : NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee.

Modifier la théorie

Face à ces défis, le Dr Niayesh Afshordi et son équipe ont proposé une solution audacieuse : modifier la théorie d’Einstein de la gravité à différentes échelles de distance. Cette proposition, bien que radicale, pourrait offrir une nouvelle perspective sur la nature de la gravité et résoudre certains des mystères les plus persistants de l’univers, comme ceux mentionnés ci-dessus.

« Nous supposons essentiellement que la constante universelle de gravitation est différente aux échelles cosmologiques par rapport aux échelles plus petites (comme le système solaire ou la galaxie) », notent les auteurs.

Cependant, cette nouvelle théorie de la gravité n’est pas sans controverse. Certains scientifiques estiment que modifier la théorie d’Einstein pourrait ne pas être suffisant pour expliquer toutes les observations cosmologiques. Les écarts observés pourraient en effet indiquer une lacune plus profonde dans notre compréhension de la physique fondamentale, nécessitant ainsi un changement plus radical dans notre façon de penser l’univers.

Pour valider ou réfuter cette nouvelle théorie de la gravité, des études supplémentaires seront donc nécessaires. Les futurs observatoires, tels que le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne, pourraient jouer un rôle crucial dans la résolution de ce mystère cosmique. Leur capacité à mesurer avec une précision accrue les phénomènes cosmologiques pourrait fournir les données nécessaires pour confirmer ou infirmer cette théorie révolutionnaire.

Les détails de ces travaux sont publiés dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.