La matière et l’énergie noires, une illusion cosmique?

Depuis des décennies, les astronomes croyaient que l’univers était principalement composé de matière et d’énergie noires, mais l’existence de ces dernières est remise en cause par une nouvelle étude. En effet, ce qui est perçu comme de la matière noire et de l’énergie noire pourrait provenir tout simplement du lent vieillissement des forces naturelles de l’univers.

L’étude, dirigée par Rajendra Gupta, professeur auxiliaire au Département de physique de l’Université d’Ottawa, affirme que la lente évolution des forces naturelles de base (telles que la gravité) dans le temps et l’espace pourrait expliquer les phénomènes étranges observés, comme la rotation progressive des galaxies et l’expansion de l’univers.

Des concepts bien établis remis en cause

« En moyenne, les forces de l’univers s’affaiblissent à mesure qu’il s’étend, explique le professeur Gupta. Cet affaiblissement donne l’impression qu’une poussée mystérieuse (appelée énergie noire) accélère l’expansion de l’univers. Cependant, à l’échelle des galaxies et des amas galactiques, la variation de ces forces dans leur espace gravitationnellement limité entraîne une gravité accrue (présumée due à la matière noire). Mais ces éléments pourraient n’être que des illusions découlant des constantes en évolution qui définissent l’ampleur des forces.

Deux phénomènes très différents doivent être expliqués par la matière et l’énergie noires. Le premier est à l’échelle cosmologique, soit à une échelle de plus de 600 millions d’années-lumière, en supposant que l’univers est homogène et identique dans toutes les directions. Le deuxième est à l’échelle astrophysique : à plus petite échelle, l’univers est très irrégulier et très dépendant de la direction. Dans le modèle standard, les deux scénarios nécessitent différentes équations pour expliquer les observations avec la matière noire et l’énergie noire. Notre modèle est le seul à expliquer ces scénarios avec une équation unique, en se passant de l’énergie et de la matière noires.

Ce qui est vraiment intéressant, c’est que cette nouvelle approche nous permet d’expliquer ce que l’on observe dans le ciel : la rotation des galaxies, les amas galactiques, et même la façon dont la lumière se courbe autour d’objets massifs, sans avoir à imaginer quelque chose de mystérieux. Il s’agit simplement du résultat de la variation des constantes de la nature due au vieillissement de l’univers, qui le rend irrégulier. »

Application du nouveau modèle à l’échelle astrophysique

L’année dernière, le professeur Gupta a remis en question l’existence de la matière noire dans l’univers dans le cadre de son étude à l’échelle cosmologique. Dans ses travaux à l’échelle astrophysique, il a mis en doute les actuels modèles théoriques liés aux courbes de la rotation galactique.

• Dans le nouveau modèle, le paramètre, souvent noté α, émerge quand on laisse les constantes de couplage évoluer. En effet, α se comporte comme un « composant » supplémentaire dans les équations gravitationnelles qui produit des effets rappelant ce que les astronomes attribuent à la matière et à l’énergie noires.
• Aux échelles cosmologiques, α est traitée comme une constante (p. ex., déterminée par l’ajustement des données de supernovas). Mais localement (à l’échelle astrophysique), dans une galaxie, comme la distribution de la matière standard (trous noirs, étoiles, planètes, gaz, etc.) varie considérablement, α varie et entraîne un effet gravitationnel supplémentaire selon l’emplacement de cette matière. La nouvelle théorie prédit donc que, dans les régions comprenant beaucoup de matière standard, l’effet de gravité supplémentaire est inférieur, tandis que cet effet est plus important là où la densité de matière détectable est faible.
• En effet, au lieu d’ajouter des halos de matière noire autour de galaxies, la force gravitationnelle provient de α dans le nouveau modèle. Il reproduit les « courbes de rotation plates » (le déplacement étonnamment rapide des étoiles à la périphérie des galaxies).

Implications pour l’astronomie

Selon le professeur Gupta, cette idée pourrait résoudre l’un des casse-têtes les plus complexes en astronomie. « Pendant des années, nous nous sommes creusé la tête pour expliquer la formation rapide et massive des galaxies au début de l’univers. Avec notre modèle, il n’est pas nécessaire de supposer qu’il existe des particules exotiques, ni de briser les règles de la physique. La chronologie de l’univers s’étend simplement, en multipliant presque par deux son âge, ce qui fait de la place pour tous les phénomènes observés. »

En effet, la chronologie étirée de la façon dont les étoiles et les galaxies se forment permet d’expliquer beaucoup plus facilement comment des structures imposantes et complexes, comme les galaxies et les trous noirs, ont pu apparaître aussi tôt dans l’univers.

Cette théorie pourrait révolutionner notre façon d’envisager l’univers. Elle suggère même qu’il est inutile de chercher des particules de matière noire, malgré les années et les milliards de dollars investis dans cet effort. Même en cas de découverte expérimentale des particules exotiques, elles devraient constituer près de six fois la masse de la matière standard.

« L’explication la plus simple est parfois la meilleure. Les plus grands secrets de l’univers ne sont peut-être que des tours joués par les constantes de la nature, qui évoluent », conclut le professeur Gupta.

L’étude intitulée « Testing CCC+TL Cosmology with Galaxy Rotation Curves » a été publiée dans Galaxies, une revue à comité d’évaluation par les pairs.