Une nouvelle étude des données de la mission spatiale Gaia de l'Agence spatiale européenne prétend avoir trouvé des preuves que la gravité agit contrairement aux prédictions de Newton et d'Einstein, mais tout le monde n'est pas d'accord pour dire qu'il s'agit de la preuve irréfutable d'une théorie de la gravité modifiée.

Les observations de galaxies et d'amas de galaxies montrent que les forces gravitationnelles liant ces structures sont supérieures à celles attendues de la matière qu'elles contiennent. Cela a conduit les physiciens à prédire l'existence de la matière noire, qui est un matériau hypothétique invisible mais qui interagit avec la matière normale via la gravité. Bien que la matière noire n'ait jamais été observée directement, elle est incluse dans le modèle standard de la cosmologie.

La dynamique newtonienne modifiée, ou MOND en abrégé, a été développée en 1983 par Mordehaï Milgrom de l'Institut Weizmann en Israël comme alternative aux modèles de matière noire. MOND cherche à expliquer la gravité supplémentaire apparente qui lie les galaxies et les amas de galaxies en modifiant la physique de la gravité. En particulier, MOND décrit comment la gravité fonctionne différemment à de très faibles accélérations.

Malgré des succès ponctuels pour MOND, comme la description du mouvement des étoiles autour des galaxies, évolution des amas d'étoiles ouvertsainsi que, survie des galaxies naines, MOND n'est pas considéré comme un modèle grand public. Cependant, les partisans de MOND soulignent que la matière noire n'a pas encore été observée directement et que les modèles de matière noire changent constamment car leurs prédictions sont exclues par les expériences et les observations. Les partisans de la matière noire, d'autre part, soutiennent que MOND ne peut pas encore expliquer beaucoup de choses que les modèles de matière noire peuvent expliquer.

Essais binaires

Les étoiles séparées par de grandes distances dans les systèmes binaires ont longtemps été considérées comme des objets pouvant mettre MOND à l'épreuve. En effet, les accélérations dans de tels "binaires larges" sont suffisamment faibles pour que MOND soit pertinent, mais la matière noire ne devrait pas affecter ces systèmes.

Maintenant, avec Communiqué de données 3 (DR3) de la Mission astrométrique Gaia, les astronomes ont enfin les données pour tester MOND dans ces systèmes binaires. Dans un nouvel article publié dans Le journal astrophysique, Kyu Hyun Chae de l'Université de Sejong en Corée du Sud a utilisé des statistiques pour analyser les données décrivant les mouvements orbitaux de 26,500 650 systèmes d'étoiles binaires larges, tous situés à moins de XNUMX années-lumière de la Terre. En particulier, Chae a calculé les accélérations gravitationnelles des étoiles les unes autour des autres.

"Un système binaire est gravitationnellement lié, il subit donc toujours une accélération gravitationnelle interne sur son orbite", explique Chae. Monde de la physique.

Orbites elliptiques

Si les étoiles avaient des orbites parfaitement circulaires les unes autour des autres, leur accélération gravitationnelle resterait constante. En réalité, ils ont des orbites elliptiques, ce qui signifie que leur éloignement les uns des autres et donc leur accélération gravitationnelle changent. Les étoiles binaires de l'étude peuvent varier en séparation entre 200 UA et 30,000 1 UA - où XNUMX UA est la distance de la Terre au Soleil.

L'accélération gravitationnelle mesurée est exceptionnellement petite. À des séparations inférieures à 1000 UA, l'accélération gravitationnelle est supérieure à 10 nm/s² et on observe que la gravité agit comme prédit par la physique newtonienne. Cependant, à des séparations de plus de 2000 UA, où l'accélération gravitationnelle est de l'ordre de 1 nm/s², Chae dit que son analyse révèle des écarts dans l'accélération, sa valeur étant supérieure à ce que prédisent les modèles de Newton et d'Einstein. À plus de 5000 UA, où l'accélération gravitationnelle est inférieure à 0.1 nm/s², la différence est bien visible.

De plus, Chae dit que lorsque l'on prend en compte l'effet de champ externe - une partie intégrante de MOND qui décrit comment un champ gravitationnel beaucoup plus grand, dans ce cas celui de la galaxie de la Voie lactée dans son ensemble, peut affecter un système gravitationnel plus petit tel que une étoile binaire - l'accélération gravitationnelle à de larges séparations est augmentée d'un facteur de 1.4. Cela correspond à une prédiction d'un modèle spécifique de MOND appelé AQUAL, qui a été développé par Milgrom et le regretté physicien Jacob Bekenstein de l'Université hébraïque de Jérusalem.

"Il est vraiment remarquable que lorsque l'effet de champ externe est pris en compte, le facteur d'amplification est d'environ 1.4", déclare Chae. "Pour moi, cela ne peut pas être une coïncidence."

Réactions mitigées

La réaction aux résultats de Chae a été mitigée. Stacy McGaugh de la Case Western Reserve University aux États-Unis, qui est l'un des principaux promoteurs mondiaux de MOND, raconte Monde de la physique qu'il pense, "nous devrions être enthousiasmés par la possibilité que les étoiles binaires fournissent un test nouveau et potentiellement décisif. Chae montre un résultat très propre qui est formellement très significatif, nous devons donc le prendre au sérieux.

Néanmoins, McGaugh appelle également à la prudence avant de tirer des conclusions si tôt, citant d'autres chercheurs qui ont effectué des mesures similaires à celles de Chae mais n'ont trouvé aucune preuve de MOND. L'un d'eux est Indranil Banik de l'Université de St Andrews au Royaume-Uni, qui plus tôt cette année a dirigé une équipe qui a analysé de larges binaires de Gaia DR3 à la recherche de l'influence de MOND, mais n'a trouvé aucune preuve pour cela.

"Je ne suis pas du tout d'accord avec les résultats de Chae", a déclaré Banik Monde de la physique.

L'analyse des données

Les objections de Banik sont liées à la manière dont les données ont été analysées par Chae et à l'absence d'un seuil strict sur l'incertitude de la vitesse relative des étoiles dans un système binaire. En particulier, Banik dit que dans son propre travail, il a quantifié les incertitudes dans les mesures des vitesses des étoiles et qu'il n'a considéré que les systèmes binaires où ces vitesses sont connues avec précision. "Le fait de ne pas le faire est le principal problème de ce que Chae a fait", déclare Banik. "Je crains donc qu'il n'y ait pas de signal MOND dans les fichiers binaires locaux."

L'étude de la rotation des galaxies exclut la gravité modifiée, n'est-ce pas ?

La confirmation dans un sens ou dans l'autre pourrait potentiellement provenir d'un travail de suivi utilisant différents instruments. Alors que Gaia DR3 fournit les données de la meilleure qualité pour une analyse statistique de plusieurs milliers de binaires, de grands observatoires pourraient suivre des systèmes binaires individuels et mesurer leurs vitesses de ligne de visée et prendre des images profondes pour confirmer leur séparation.

Chae, pour sa part, n'est pas perturbé par les critiques et pense que les jours de la matière noire sont comptés.

« Les preuves sont déjà concluantes », soutient-il. "Il n'y a plus besoin d'une grande quantité de matière noire."

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• La source: https://physicsworld.com/a/binary-star-study-favours-modified-gravity-over-dark-matter/