Gravity follows Newton and Einstein's rules, even at cosmic scales
La gravité obéit aux lois de Newton et d'Einstein, même à l'échelle cosmique
Par Nathi Magubane, Université de Pennsylvanie
Édité par Gaby Clark, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
The GIST
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Le mouvement relatif des amas de galaxies peut révéler la force d'attraction gravitationnelle à travers d'immenses distances. Crédit : Lucy Reading / Fondation Simons
La gravité, telle que la plupart des gens la conçoivent, est la force familière qui attire une pomme en chute libre vers la Terre. Mais pour les astronomes et les physiciens théoriciens, c'est aussi une force invisible et complexe qui guide la forme et l'évolution des plus grandes structures cosmiques de l'Univers.
Depuis des décennies, des observations troublantes de galaxies se déplaçant à des vitesses inhabituelles ont contraint des cosmologistes comme Patricio A. Gallardo, de l'Université de Pennsylvanie, à réexaminer les fondements de la physique, en explorant, par exemple, si les lois de la gravitation décrites par Isaac Newton et Albert Einstein s'appliquent réellement partout.
« L'astrophysique est confrontée à une énorme incohérence dans les calculs cosmiques », explique Gallardo. « Lorsqu'on observe comment les étoiles orbitent au sein des galaxies ou comment les galaxies se déplacent au sein des amas de galaxies, certaines semblent se déplacer beaucoup trop vite par rapport à la quantité de matière visible qu'elles contiennent. »
Ce décalage impose un choix entre deux conclusions radicales, explique-t-il. Soit l'univers contient des concentrations massives de « matière noire » invisible qui exercent une attraction gravitationnelle supplémentaire, soit « les équations fondamentales de la gravité doivent être modifiées ».
Le télescope cosmologique d'Atacama mesure la lumière la plus ancienne de l'univers, connue sous le nom de fond diffus cosmologique. Grâce à ces mesures, les scientifiques peuvent calculer l'âge de l'univers. Crédit : Debra Kellner
À présent, grâce aux observations du télescope cosmologique d'Atacama (ACT), un télescope de la taille d'un immeuble de trois à quatre étages développé en grande partie par des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie dirigés par Mark Devlin, Gallardo et ses collaborateurs ont testé la gravité à travers des amas de galaxies séparés par des centaines de millions d'années-lumière – la plus grande étude de la gravité à ce jour.
Leurs résultats, publiés dans Physical Review Letters, montrent que l'intensité de la gravité diminue avec la distance, presque exactement comme le prédisent les équations développées par Newton et intégrées par la suite à la théorie de la relativité générale d'Einstein.
« Il est remarquable que la loi de l'inverse du carré – proposée par Newton au XVIIe siècle puis intégrée à la théorie de la relativité générale d'Einstein – soit encore valable au XXIe siècle », déclare Gallardo.
La confirmation que la gravité se comporte comme le prédit la théorie établie sur de vastes distances extragalactiques renforce un pilier fondamental de la science moderne, explique Gallardo : le modèle standard de la cosmologie. En démontrant que les théories fondamentales de la gravité ne sont pas invalidées aux plus grandes échelles, ces données mettent un terme aux théories telles que la dynamique newtonienne modifiée (MOND), qui tentent d'expliquer les mouvements cosmiques en modifiant les lois de la gravité.
Lorsque Newton a proposé la relation en carré inverse, qui stipule que la gravité s'affaiblit proportionnellement au carré de la distance entre les objets, il s'intéressait principalement à la description des mouvements des objets du système solaire. Ce même principe a désormais été testé sur des masses et des distances « inconcevables à l'époque de Newton », explique Gallardo.
La lumière du fond diffus cosmologique traverse le gaz chaud entourant deux amas de galaxies, captant de minuscules distorsions que les télescopes peuvent utiliser pour déduire le mouvement de ces amas. Crédit : Lucy Reading / Fondation Simons
Comprendre les « limites de vitesse » de l'univers
Les galaxies de l'univers — dont il existe plus de 200 milliards — ne se déplacent pas comme la gravité seule le prédit.
Selon la logique newtonienne, les étoiles les plus éloignées du centre d'une galaxie devraient orbiter plus lentement. Or, les astronomes observent le contraire. Les régions les plus externes se déplacent beaucoup plus vite que ce que la matière visible peut expliquer. Le même décalage apparaît dans les amas de galaxies, où des galaxies entières se déplacent trop vite compte tenu de leur masse.
« C’est là toute l’énigme », explique Gallardo. « Soit la gravité se comporte différemment à très grande échelle, soit l’univers contient de la matière supplémentaire que nous ne pouvons pas observer directement. »
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Tester la gravité à travers le cosmos
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs se sont appuyés sur les observations d’ACT concernant une lumière émise environ 380 000 ans après le Big Bang et qui voyage à travers l’univers depuis lors : le fond diffus cosmologique.
Lorsque cette lumière ancienne traverse d’immenses amas de galaxies, elle est subtilement modifiée par leur mouvement, laissant de faibles empreintes que les astronomes peuvent détecter. En analysant ces distorsions et en mesurant ces mouvements à travers des centaines de milliers d’amas séparés par…
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RESUME
La gravité obéit aux lois de Newton et d'Einstein, même à l'échelle cosmique.
Les observations d'amas de galaxies réalisées avec le télescope cosmologique d'Atacama montrent que la gravité s'affaiblit avec la distance, conformément aux prédictions newtoniennes et einsteiniennes, même à l'échelle cosmique. Ces résultats excluent les théories de la gravité modifiée, telles que MOND, pour expliquer les mouvements galactiques anormaux, renforçant ainsi la nécessité de la matière noire pour rendre compte de la dynamique observée. La nature de la matière noire demeure un mystère.
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COMMENTAIRES
Cet article publié parby Nathi Magubane, University of Pennsylvania est en fait un article de conflit a vec tous ceux qui veulent renverser les statues de Newton et Einstein ! Car il y a des effets intergalactiques que ces deux theories semblent mal expliquer .C est aussi encore un rejet de la théorie Mond and co !
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ublication details
Anonymous, Test of the gravitational force law on cosmological scales using the kinematic Sunyaev-Zeldovich effect, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/rk8v-rcm3
Journal information: Physical Review Letters
