Tant pour les lois révolutionnaires de Newton qui décrivent son effet universel que pour les théories d’Einstein qui voient la gravité comme une distorsion de la structure de l’espace-temps, ils croient que la gravité n’existe qu’en fonction de la masse et que sans masse elle ne peut exister. .
Aujourd’hui, une nouvelle étude révolutionnaire suggère que la gravité peut exister sans masse, éliminant ainsi le besoin de l’une des substances les plus insaisissables de notre Univers qui, jusqu’à présent, posait problème : la matière noire.
La matière noire est une masse invisible hypothétique qui représenterait 85 % de la masse totale de l’Univers. Conçu à l’origine pour expliquer l’étroitesse des galaxies soumises à une rotation à grande vitesse, il n’a pas encore été observé directement, ce qui conduit les physiciens à proposer toutes sortes d’idées farfelues pour éviter d’invoquer ce matériau insaisissable comme moyen de boucher les trous des théories actuelles.
La dernière proposition en ce sens vient de l’astrophysicien Richard Lieu de l’Université d’Alabama à Huntsville, qui a suggéré qu’au lieu que la matière noire lie les galaxies et d’autres corps entre eux, l’Univers pourrait contenir de fines couches de « défauts topologiques » ressemblant à des coquilles qui donnent naissance à la gravité sans aucune masse sous-jacente.
Lieu a commencé par essayer de trouver une autre solution aux équations de champ d’Einstein, qui relient la courbure de l’espace-temps à la présence de matière à l’intérieur.
Comme décrit par Einstein dans sa théorie de la relativité générale de 1915, l’espace-temps s’incurve autour des faisceaux de matière et des flux de rayonnement dans l’Univers, en fonction de leur énergie et de leur élan. L’énergie est bien entendu liée à la masse dans la célèbre équation d’Einstein : E=mc2.
Ainsi, la masse d’un objet est liée à son énergie, qui courbe l’espace-temps – et cette courbure de l’espace-temps est ce qu’Einstein a décrit comme la gravité, une note plus sophistiquée que l’approximation de Newton au XVIIe siècle, qui considérait la gravité comme une force entre deux objets. avec masse. Autrement dit, la gravité semble inextricablement liée à la masse.
Ce n’est pas le cas, selon Lieu.
Dans son travail, Lieu a tenté de résoudre une version simplifiée des équations de champ d’Einstein qui permettent une force gravitationnelle finie en l’absence de masse détectable. Il dit que ses efforts étaient « motivés par ma frustration face au statu quo, à savoir la notion de l’existence de la matière noire malgré l’absence de preuves directes depuis un siècle entier ».
La solution de Lieu consiste en des défauts topologiques en forme de coquille qui pourraient se produire dans des régions très compactes de l’espace avec une densité de matière très élevée.
Ces ensembles de coques concentriques contiennent une fine couche de masse positive au sein d’une couche externe de masse négative. Les deux masses s’annulent, la masse totale des deux couches est donc exactement nulle. Mais lorsqu’une étoile repose sur cette coquille, elle subit une force gravitationnelle importante qui la tire vers le centre de la coquille.
“La thèse de mon article est qu’au moins les coquilles qu’il suppose sont sans masse”, explique Lieu. Si ces suggestions controversées ont un certain poids, « il n’est plus nécessaire de perpétuer cette recherche apparemment sans fin de la matière noire », ajoute Lieu.
La question suivante est donc de savoir comment confirmer ou réfuter les coquilles proposées par Lieu par le biais d’observations.
“La fréquence croissante d’observations de formations d’anneaux et de coquilles de galaxies dans l’Univers fournit une preuve du type de source proposé ici”, écrit Lieu dans son article. Bien qu’il admette que la solution proposée est « hautement suggestive » et ne peut à elle seule discréditer l’hypothèse de la matière noire.
« Cela pourrait tout au plus constituer un exercice mathématique intéressant », conclut Lieu. “Mais c’est le premier test [matematica] que la gravité peut exister sans masse.
L’étude a été publiée dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
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