Les galaxies spirales tournent à une vitesse si élevée que la seule gravité calculée selon leurs étoiles visibles ne pourrait les empêcher de se disperser.
Pour élucider cette énigme, les physiciens ont postulé l'existence d'une substance invisible, la matière noire, qui n'émet ni n'absorbe de lumière. Cette entité hypothétique, composant l'essentiel de la masse cosmique, fournirait l'attraction supplémentaire nécessaire pour lier les galaxies. Pourtant, cette composante demeure insaisissable, n'ayant à l'heure actuelle jamais eu de confirmation sur une observation directe.
La galaxie Messier 33, montrée avec un halo de matière noire (gauche) et sans cette composante (droite), illustrant les modèles concurrents.
Crédit: ESO/S. Brunier
Une étude récente, menée par Naman Kumar de l'Institut indien de technologie et publiée dans
Physical Review Letters B, propose une voie différente. Cette recherche remet en cause le besoin d'une matière noire en examinant l'hypothèse d'une gravité se comportant autrement aux échelles galactiques. L'approche s'appuie sur des concepts avancés de physique théorique.
Le chercheur a employé la théorie quantique des champs pour scruter la gravité à des échelles minuscules, proches de la longueur d'onde de la lumière infrarouge. Dans ce cadre, nommé schéma infrarouge, la force gravitationnelle ne suivrait plus strictement la loi inverse du carré de la distance. Elle exercerait au contraire une influence plus durable sur de longues distances, ce qui pourrait justifier la rotation rapide des galaxies.
Cette altération des propriétés gravitationnelles permettrait d'expliquer les observations sans recourir à des halos de matière noire. Ainsi, les vitesses élevées des étoiles situées en périphérie des galaxies, un casse-tête persistant, obtiendraient une interprétation naturelle.
Le modèle proposé par Naman Kumar devra néanmoins être confronté à d'autres ensembles de données, comme celles des lentilles gravitationnelles où la lumière est déviée par de grandes masses. S'il est validé, il pourrait transformer notre vision de l'évolution cosmique et simplifier les modèles actuels.
Cette proposition encourage ainsi la communauté scientifique à examiner des pistes alternatives et à reconsidérer certains concepts bien ancrés, ce qui pourrait mener à de nouvelles avancées en astrophysique.
La gravité modifiée: une piste d'étude
Les théories de gravité modifiée avancent que les lois de la gravitation pourraient ne pas être immuables et évoluer en fonction de l'échelle considérée. Ces cadres autorisent des aménagements pour rendre compte de phénomènes observés.
L'approche de Naman Kumar, fondée sur la théorie quantique des champs, indique que la force gravitationnelle pourrait présenter une dépendance à la distance différente que celle issue des équations actuellement utilisées, avec une attraction à plus longue portée supérieure.
Si cette conception se vérifie, elle pourrait rendre compte de la rotation rapide des galaxies et d'autres anomalies sans invoquer la matière noire. Cela offrirait une représentation de l'Univers plus simple, en réduisant le nombre d'entités inconnues et en liant directement les observations aux propriétés de la gravité.
Pour l'heure, ces théories doivent être rigoureusement éprouvées sur l'ensemble des données disponibles, des expériences en laboratoire aux observations cosmologiques.