Un « bug cosmique » expliquerait l'étrange comportement de la gravité à cette échelle
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Alors que selon la relativité d'Einstein, la gravité
s'applique de manière constante à la fois à l'espace et au temps,
une nouvelle étude révèle qu'elle semble devenir environ 1 % plus
faible lorsqu'elle agit sur des distances de plusieurs milliards
d'années-lumière. Cette incohérence tiendrait d'un « bug cosmique
», qui expliquerait l'étrange comportement de la gravité, et par
extension de l'Univers, à cette échelle. Au cours des 109 années qui ont suivi sa formulation, la théorie
de la relativité générale d'Einstein est progressivement devenue la
pierre angulaire de la physique moderne, notamment pour expliquer
le comportement de la gravité dans l'Univers. Elle suggère entre
autres que la gravité influence non seulement les trois dimensions
physiques, mais aussi la quatrième dimension : le temps. De nombreuses expériences et observations ont confirmé ses
prédictions, telles que la
première image d'un trou noir (ou plutôt de son horizon des
événements), capturée par le télescope spatial Event Horizon en
2019. La théorie a également été utilisée pour étayer et compléter
d'autres prédictions telles que le Big Bang et l'accélération de
l'expansion de l'Univers. « Ce modèle de gravité a été
essentiel pour tout, depuis la théorie du Big Bang jusqu'à la
photographie des trous noirs », explique Robin
Wen dans un communiqué de l'Université de Waterloo,
au Canada. Une invitation à rêver,
prête à être portée. Cependant, malgré les nombreuses confirmations, la relativité
comporte tout de même des
incohérences que les physiciens tentent de résoudre depuis des
décennies. L'une des plus grandes incohérences est son
incompatibilité avec la mécanique quantique, qui décrit le
comportement physique de la matière au niveau subatomique. D'un autre côté, Wen et ses collègues suggèrent qu'elle ne peut
pas non plus entièrement expliquer le comportement de la gravité à
l'échelle cosmique. « Lorsque nous essayons de comprendre la
gravité à l'échelle cosmique, à l'échelle des amas de galaxies et au-delà, nous rencontrons
des incohérences apparentes avec les prédictions de la relativité
générale. C'est presque comme si la gravité elle-même ne
correspondait plus parfaitement à la théorie
d'Einstein », explique le physicien. Dans leur nouvelle
étude, récemment publiée dans le Journal of Cosmology and
Astroparticle Physics, les chercheurs ont baptisé cette
incohérence le « bug cosmique ». En outre, en tenant compte de l'accélération de l'expansion de
l'Univers, les galaxies se déplacent plus rapidement à mesure
qu'elles sont éloignées les unes des autres. Certaines semblent
même atteindre la vitesse de la lumière, soit la vitesse maximale
prédite par la relativité. Or, « nos résultats suggèrent que, à ces
mêmes échelles, la théorie d'Einstein pourrait également s'avérer
insuffisante », explique le coauteur de l'étude Niayesh Afshordi,
également de l'Université de Waterloo et du Perimeter Institute au
Canada. Depuis plus de 20 ans, les physiciens tentent de créer un modèle
théorique pouvant expliquer les incohérences apparentes de la
relativité. Dans le cadre de la nouvelle étude, l'équipe de
l'Université de Waterloo vise à l'étendre aux plus grandes échelles
de l'Univers en ajustant la constante gravitationnelle. Cet
ajustement devrait se produire à mesure que les calculs et les
observations se rapprochent du « superhorizon », ou de la distance
maximale que la lumière a parcourue depuis le Big Bang. Pour ce faire, les chercheurs ont ajouté une extension au modèle
cosmologique standard (modèle ΛCDM) visant à éliminer les
incohérences sans affecter la théorie initiale. En d'autres termes,
le nouveau modèle modifie et étend les formules mathématiques
d'Einstein de sorte à résoudre les incohérences dans certaines
mesures cosmologiques, sans affecter les prédictions réussies. Voir aussi « Considérez-le comme une note de bas de page de la
théorie d'Einstein. Une fois que vous atteignez une échelle
cosmique, les termes et conditions s'appliquent »,
explique Wen. Cela équivaudrait à l'ajout d'une composante
d'énergie noire, mais la valeur de la densité de cette énergie peut
être soit négative soit positive. En analysant les données cosmologiques à grande échelle
collectées par l'observatoire spatial Planck, les chercheurs ont
constaté qu'elles correspondent davantage aux valeurs négatives de
la densité de l'énergie noire. Il a également été constaté que la
diminution de 1 % de la gravité au superhorizon peut atténuer les
tensions de Hubble, ainsi que toute une série d'incohérences dans
de nombreuses observations cosmologiques. Ces résultats suggèrent que le nouveau modèle peut offrir une
importante liberté de calcul que la relativité standard ne peut
offrir et mérite ainsi une exploration plus approfondie. « Ce
nouveau modèle pourrait bien être le premier indice d'un puzzle
cosmique que nous commençons à résoudre à travers l'espace et le
temps », conclut Afshordi.La théorie de la relativité ajustée
Source : Journal of Cosmology and
Astroparticle Physics