Un groupe de chercheurs de l’université de Waterloo et de l’université de Colombie britannique a découvert une "faille cosmique" potentielle dans la gravité de l’univers, expliquant son comportement étrange à l’échelle cosmique.
Au cours des cent dernières années, les physiciens se sont appuyés sur la théorie de la "relativité générale" d’Albert Einstein pour expliquer le fonctionnement de la gravité dans l’univers. La relativité générale, dont l’exactitude a été démontrée par d’innombrables tests et observations, suggère que la gravité a un impact non seulement sur les trois dimensions physiques, mais aussi sur une quatrième dimension : le temps.
"Ce modèle de gravité a été essentiel pour tout ce qui concerne la théorie du Big Bang et la photographie des trous noirs", a déclaré Robin Wen, auteur principal du projet et récemment diplômé en physique mathématique à Waterloo.
"Mais lorsque nous essayons de comprendre la gravité à l’échelle cosmique, à l’échelle des amas de galaxies et au-delà, nous rencontrons des incohérences apparentes avec les prédictions de la relativité générale. C’est un peu comme si la gravité elle-même cessait de correspondre parfaitement à la théorie d’Einstein. Nous appelons cette incohérence une "faille cosmique" : la gravité s’affaiblit d’environ un pour cent lorsque les distances se chiffrent en milliards d’années-lumière. "
Depuis plus de vingt ans, les physiciens et les astronomes tentent de créer un modèle mathématique qui explique les incohérences apparentes de la théorie de la relativité générale. Nombre de ces efforts ont été déployés à Waterloo, qui a une longue histoire de recherche gravitationnelle de pointe résultant d’une collaboration interdisciplinaire permanente entre les mathématiciens appliqués et les astrophysiciens.
"Il y a près d’un siècle, les astronomes ont découvert que notre univers était en expansion", explique Niayesh Afshordi, professeur d’astrophysique à l’université de Waterloo et chercheur à l’institut Perimeter.
"Plus les galaxies sont éloignées, plus elles se déplacent rapidement, à tel point qu’elles semblent se déplacer à une vitesse proche de celle de la lumière, le maximum autorisé par la théorie d’Einstein. Notre découverte suggère qu’à ces mêmes échelles, la théorie d’Einstein pourrait également être insuffisante.
Le nouveau modèle de "pépin cosmique" de l’équipe de recherche modifie et étend les formules mathématiques d’Einstein de manière à résoudre l’incohérence de certaines mesures cosmologiques sans affecter les utilisations réussies de la relativité générale.
"Pensez-y comme à une note de bas de page de la théorie d’Einstein", a déclaré M. Wen. "Une fois que l’on atteint l’échelle cosmique, des conditions s’appliquent.
"Ce nouveau modèle pourrait bien être le premier indice d’un puzzle cosmique que nous commençons à résoudre à travers l’espace et le temps", a déclaré M. Afshordi.
L’étude, intitulée "A cosmic glitch in gravity", est publiée dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .
