La théorie du caméléon fournit une explication alternative à la formation du cosmos

La théorie de la relativité générale d’Einstein a été prouvée à maintes reprises et elle est généralement acceptée comme une base solide pour comprendre l’Univers. Mais ce n’est pas le seul modèle permettant d’expliquer le fonctionnement de la gravité et la formation des galaxies, et de nouvelles recherches ont montré un modèle différent qui aurait pu donner naissance à la Voie lactée.

Image d’entête : Simulation de la formation d’une galaxie à disque sous la théorie du caméléon, avec les régions centrales sombres correspondant aux forces standard/ fondamentales et les régions jaunes claires correspondant aux forces modifiées. (Christian Arnold/ Baojiu Li/ Université de Durham)

À l’aide de puissants supercalculateurs, les physiciens ont simulé l’évolution du cosmos à partir d’une alternative à la relativité générale appelée gravité f(R), également connue sous le nom de théorie du caméléon (Chameleon Theory). Et ces simulations ont produit des galaxies à disque avec des bras en spirale, tout comme la Voie lactée.

Cela montre que les galaxies que nous voyons dans l’Univers autour de nous auraient pu tout aussi bien émerger si les lois de la gravité avaient été différentes.

Selon le physicien Christian Arnold de l’université de Durham (Royaume-Uni) :

La théorie caméléon permet de modifier les lois de la gravité afin de tester l’effet des changements de la gravité sur la formation des galaxies.

Grâce à nos simulations, nous avons montré pour la première fois que même si vous changez la gravité, cela n’empêcherait pas la formation de galaxies discales à bras spiralés.

La Théorie (du) Caméléon est ainsi nommée parce que ses propriétés changent en fonction de son environnement, en plus des quatre forces fondamentales, elle incorpore également une hypothétique « cinquième force ».

Nous ne savons pas ce qu’est réellement cette cinquième force. Tout comme la « matière noire« , c’est un terme qui désigne les phénomènes observés et les anomalies qui ne cadrent pas bien avec les autres théories ou modèles existants sur le fonctionnement de l’Univers. Mais nous pouvons utiliser les paramètres de ces anomalies pour concevoir des théories, d’où la théorie du caméléon.

Nous savons, sur la base de précédentes modélisations mathématiques, que la théorie du caméléon fonctionne tout aussi bien que la relativité générale dans le système solaire. Mais les nouvelles recherches se sont concentrées sur les trous noirs supermassifs que l’on peut trouver au centre des galaxies.

Ils sont essentiels à la formation et à la croissance des galaxies, car les vents immenses qui s’en émanent peuvent expulser tout le gaz à partir duquel se forment les étoiles, ce qui a pour effet d’étouffer leur formation.

La gravité joue également un rôle dans ce processus, c’est pourquoi l’équipe a décidé de voir ce qui se passerait lorsque la gravité serait régie par la théorie du caméléon, et non par la relativité générale.

Même avec ce changement significatif de la gravité, ils ont découvert que les galaxies étaient capables de se former.

Selon Arnold :

Nos recherches ne signifient certainement pas que la relativité générale est erronée, mais elles montrent que ce n’est pas la seule façon d’expliquer le rôle de la gravité dans l’évolution de l’Univers.

Cela signifie qu’il peut y avoir d’autres façons d’expliquer d’autres mystères dans l’Univers, comme le rythme accéléré de son expansion, qui est plus rapide qu’il ne devrait l’être d’après ce que nous pouvons voir. Comme cette accélération ne se marie pas bien avec la relativité générale, elle s’explique généralement par la théorie de l’énergie noire, une force répulsive inconnue qui éloigne l’Univers.

Pour le physicien Baojiu Li de l’université de Durham :

En relativité générale, les scientifiques expliquent l’expansion accélérée de l’univers en introduisant une forme mystérieuse de matière appelée énergie noire, dont la forme la plus simple peut être une constante cosmologique, dont la densité est une constante dans l’espace et le temps.

Cependant, les alternatives à une constante cosmologique qui expliquent l’expansion accélérée en modifiant la loi de la gravité, comme la gravité f(R), sont aussi largement considérées étant donné le peu de connaissances sur l’énergie noire.

L’équipe espère que le Square Kilometre Array, un nouveau réseau de radiotélescopes super puissants qui sera mis en service l’an prochain, pourrait aider à résoudre cette question.

L’étude publiée dans Nature Astronomy : Realistic simulations of galaxy formation in f(R) modified gravity et présentée sur le site de l’université de Durham : Chameleon Theory could change our thoughts on gravity.