Dans le modèle cosmologique standard, le modèle lambda-CDM, la matière noire permet d’expliquer les courbes de rotation des galaxies ainsi que la formation des grandes structures cosmiques, tandis que l’énergie noire est avancée pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers. Toutefois, ces deux composantes restent actuellement toujours hypothétiques. Un cosmologiste d’Oxford propose une nouvelle théorie permettant d’unifier ces deux éléments.
Un physicien de l’université d’Oxford a peut-être résolu l’une des plus grandes questions de la physique moderne, au sein d’une nouvelle étude réunissant matière noire et énergie noire en un seul phénomène : un fluide qui possède une masse négative. Cette nouvelle théorie étonnante pourrait également confirmer une prédiction faite par Einstein il y a 100 ans.
Ce nouveau modèle, publié dans la revue Astronomy and Astrophysics par Jamie Farnes, cosmologiste à l’Oxford e-Research Center, offre une nouvelle explication aux hypothèses de la matière et de l’énergie noires. « Nous pensons maintenant que la matière noire et l’énergie noire peuvent être unifiées en un fluide qui possède un type de « gravité négative », repoussant tout ce qui les entoure. Bien que cette matière nous soit étrangère, elle suggère que notre cosmos est symétrique, tant dans ses propriétés positives que négatives » explique-t-il.
L’existence de matière négative avait déjà été exclue, car les scientifiques pensaient qu’elle deviendrait moins dense à mesure que l’Univers se dilaterait, allant à l’encontre des observations suggérant que l’énergie noire conserve sa densité avec le temps. Cependant, les recherches de Farnes appliquent un « tenseur de création », qui permet de créer en permanence des masses négatives.
Il démontre que lorsque de plus en plus de masses négatives sont produites sans cesse, ce fluide de masse négative ne se dilue pas pendant l’expansion de l’Univers : en fait, le fluide semble être identique à l’énergie noire. La théorie de Farnes fournit également les premières prédictions correctes du comportement des halos de matière noire. La courbe de rotation des galaxies indique qu’une masse invisible doit être présente en plus de la masse lumineuse.
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La nouvelle recherche, publiée le 5 décembre, propose une simulation informatique des propriétés de la masse négative, qui prédit la formation de halos de matière noire, à l’instar de ceux déduits d’observations effectuées à l’aide de radiotélescopes modernes.
Albert Einstein a fourni le premier aperçu de l’univers sombre il y a exactement 100 ans, lorsqu’il a découvert dans ses équations un paramètre appelé « constante cosmologique », que les chercheurs associent aujourd’hui à l’énergie noire.
Einstein a surnommé la constante cosmologique « ma plus grande erreur », bien que les observations astrophysiques modernes prouvent que c’est un phénomène réel. Dans des notes datant de 1918, Einstein décrivit sa constante cosmologique en écrivant « qu’une modification de la théorie est nécessaire, de telle sorte que « l’espace vide » joue le rôle de masses négatives gravitantes réparties dans tout l’espace interstellaire ». Il est donc possible qu’Einstein lui-même, ait prédit un univers rempli de masse négative.
« Les approches précédentes pour combiner l’énergie noire et la matière noire avaient tenté de modifier la théorie de la relativité générale d’Einstein, ce qui s’est révélé extrêmement difficile. Cette nouvelle approche prend en compte deux idées anciennes qui sont connues pour être compatibles avec la théorie d’Einstein — masses négatives et création de matière — et les combine » indique Farnes.
« Le résultat semble plutôt beau : l’énergie noire et la matière noire peuvent être unifiées en une seule substance, les deux effets pouvant simplement être expliqués en tant que matière de masse positive surfant sur une mer de masses négatives ». La théorie de Farnes sera mise à l’épreuve par des tests effectués avec un radiotélescope, le Square Kilometer Array (SKA), projet international visant à construire le plus grand télescope au monde auquel collabore l’Université de Oxford.
« Il reste encore beaucoup de problèmes théoriques et de simulations informatiques à traiter, et le modèle lambda-CDM a presque 30 ans d’avance, mais je suis impatient de voir si cette nouvelle version étendue du modèle peut correspondre avec exactitude aux autres données d’observation. Si c’est bien le cas, cela suggérerait que les 95% manquants du cosmos ont une solution esthétique : nous aurions oublié d’inclure un simple signe moins » conclut Farnes.
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