La Nouvelle loi de Newton passe son test le plus vaste

Un test cosmique inédit pour la loi de Newton

La gravité est universellement connue comme la force qui retient les objets sur Terre, mais son rôle s’étend bien au-delà. À travers le cosmos, elle constitue le cadre invisible qui dicte la formation et l’évolution des structures les plus massives de l’univers. Pourtant, les astronomes constatent depuis des décennies des anomalies que la matière visible seule ne suffit pas à justifier. Des étoiles et des galaxies se déplacent bien plus rapidement que ne le permettrait leur masse observable, ce qui a poussé des chercheurs à vérifier si les lois physiques établies par Isaac Newton et Albert Einstein conservent leur valadité partout dans l’univers.

Le chercheur Patricio A. Gallardo, de l’Université de Pennsylvanie, a déclaré, selon des propos rapportés par les publications scientifiques récentes, que l’astrophysique a été tourmentée par un écart massif dans le bilan cosmique, et que lorsque l’on observe la façon dont les étoiles orbitent au sein des galaxies ou dont les galaxies se meuvent au sein des amas galactiques, certaines semblent voyager beaucoup trop vite par rapport à la quantité de matière visible qu’elles contiennent.

Des observations menées avec le télescope ACT

Pour mesurer cette force sur des distances colossales, l’équipe menée par le physicien Patricio Gallardo s’est appuyée sur les données du Atacama Cosmology Telescope, abrégé en ACT. Cet instrument d’une hauteur comparable à trois ou quatre étages a été développé en grande partie par des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie sous la direction de Mark Devlin. Les scientifiques ont examiné des amas de galaxies séparés par des centaines de millions d’années-lumière, réalisant ainsi le test de la gravité le plus vaste opéré à ce jour.

Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Letters. Ils démontrent que la force gravitationnelle diminue avec la distance de manière quasi identique aux prévisions formulées par les équations de Newton et reprises plus tard par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

L’analyse du fond diffus cosmologique

Pour parvenir à ces conclusions, les chercheurs ont examiné les observations du fond diffus cosmologique, ou CMB. Cette lumière ancienne a été émise environ 380 000 ans après le Big Bang et voyage à travers l’univers depuis lors. Au fur et à mesure que ces photons traversent de massifs amas de galaxies, le mouvement de ces structures modifie légèrement la lumière, créant de minuscules variations que les télescopes peuvent capter.

Si des théories de gravitation modifiée telles que MOND (Modified Newtonian Dynamics) offraient une explication correcte, les mesures auraient dû révéler une diminution plus progressive de la gravité avec la distance. Or, les données recueillies par l’ACT ne vont pas dans ce sens.

Implications pour le modèle standard de la cosmologie

Ces conclusions renforcent les bases du modèle standard de la cosmologie. En prouvant que les théories classiques de la gravité continuent de fonctionner à des échelles colossales, l’étude restreint considérablement la marge de validité des alternatives qui tentent d’expliquer les mouvements anormaux des galaxies en modifiant les lois fondamentales de la gravité.

Le mystère de la vitesse excessive des corps célestes demeure donc entier. Le chercheur a résumé qu’ou bien la gravité se comporte différemment à très grande échelle, ou bien l’univers renferme de la matière supplémentaire que nous ne pouvons pas voir directement. Cette absence de déviation dans les lois gravitationnelles renforce l’hypothèse selon laquelle l’univers renferme de grandes quantités de matière noire invisible, dont la masse gravitationnelle produit l’attraction supplémentaire observée par les astronomes.