Un chercheur suggère que la gravité peut exister sans masse, atténuant ainsi le besoin d'une hypothétique matière noire

La matière noire est une forme hypothétique de matière impliquée par des effets gravitationnels qui ne peuvent être expliqués par la relativité générale à moins qu'il n'y ait plus de matière présente dans l'univers qu'on ne peut en voir. Cela reste pratiquement aussi mystérieux qu'il y a près d'un siècle, lorsqu'il a été suggéré pour la première fois par l'astronome néerlandais Jan Oort en 1932 pour expliquer la soi-disant « masse manquante » nécessaire pour que des choses comme les galaxies s'agglutinent.

Le Dr Richard Lieu de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH) a publié un article dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society cela montre, pour la première fois, comment la gravité peut exister sans masse, fournissant ainsi une théorie alternative qui pourrait potentiellement atténuer le besoin de matière noire.

“Ma propre inspiration est venue de ma recherche d'une autre solution aux équations du champ gravitationnel de la relativité générale – dont la version simplifiée, applicable aux conditions des galaxies et des amas de galaxies, est connue sous le nom d'équation de Poisson – qui donne une force de gravitation finie. en l'absence de toute masse détectable”, explique Lieu, professeur distingué de physique et d'astronomie à l'UAH, qui fait partie du système de l'Université d'Alabama.

“Cette initiative est à son tour motivée par ma frustration face au statu quo, à savoir la notion de l'existence de la matière noire malgré l'absence de toute preuve directe depuis un siècle.”

Le chercheur affirme que «l'excès» de gravité nécessaire pour lier une galaxie ou un amas pourrait plutôt être dû à des ensembles concentriques de défauts topologiques en forme de coquille dans des structures que l'on trouve couramment dans tout le cosmos et qui ont très probablement été créées au début de l'univers lorsqu'une transition de phase s'est produite. . Une transition de phase cosmologique est un processus physique dans lequel l’état général de la matière change dans tout l’univers.

“On ne sait pas encore exactement quelle forme précise de transition de phase dans l'univers pourrait donner lieu à des défauts topologiques de ce type”, explique Lieu.

“Les effets topologiques sont des régions très compactes de l'espace avec une très haute densité de matière, généralement sous la forme de structures linéaires appelées cordes cosmiques, bien que des structures 2D telles que des coques sphériques soient également possibles.

“Les coquilles de mon article sont constituées d'une fine couche interne de masse positive et d'une fine couche externe de masse négative ; la masse totale des deux couches – qui est tout ce que l'on peut mesurer, en termes de masse – est exactement nulle, mais lorsqu'une étoile repose sur cette coque, il subit une force gravitationnelle importante qui le tire vers le centre de la coque.

Comme la force gravitationnelle implique fondamentalement la déformation de l’espace-temps lui-même, elle permet à tous les objets d’interagir les uns avec les autres, qu’ils aient une masse ou non. Il a par exemple été confirmé que les photons sans masse subissent les effets gravitationnels des objets astronomiques.

“La courbure gravitationnelle de la lumière par un ensemble de coquilles singulières concentriques comprenant une galaxie ou un amas est due au fait qu'un rayon de lumière est légèrement dévié vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le centre de la structure à grande échelle, ou l'ensemble des coquilles, lorsqu'il passe à travers une coque”, note Lieu.

“L'effet total du passage à travers de nombreuses coquilles est une déviation totale finie et mesurable qui imite la présence d'une grande quantité de matière noire de la même manière que la vitesse des orbites stellaires.

“La déviation de la lumière et les vitesses orbitales des étoiles sont les seuls moyens par lesquels on mesure la force du champ gravitationnel dans une structure à grande échelle, qu'il s'agisse d'une galaxie ou d'un amas de galaxies. L'affirmation de mon article est qu'au moins les coquilles qu’il postule sont sans masse. Il n’est alors pas nécessaire de perpétuer cette recherche apparemment sans fin de matière noire. »

Les questions des recherches futures porteront probablement sur la façon dont une galaxie ou un amas est formé par l’alignement de ces coquilles, ainsi que sur la façon dont se produit l’évolution des structures.

“Cet article ne tente pas d'aborder le problème de la formation de la structure. Un point controversé est de savoir si les coques étaient initialement des plans ou même des cordes droites, mais le moment cinétique les enroule. Il y a aussi la question de savoir comment confirmer ou réfuter les coques proposées. par des observations dédiées. Bien entendu, la disponibilité d'une deuxième solution, même si elle est très suggestive, n'est pas suffisante en soi pour discréditer l'hypothèse de la matière noire – cela pourrait au mieux être un exercice mathématique intéressant”, conclut Lieu.

“Mais c'est la première preuve que la gravité peut exister sans masse.”