Images générées par ordinateur montrant une galaxie à disque à partir d'une simulation de gravité modifiée.Les images montrent (côté droit de l'image, en rouge-bleu) la densité de gaz dans le disque de la galaxie avec les étoiles représentées par des points brillants. Le côté gauche des images montre les changements de force dans le gaz dans le disque, où les régions centrales sombres correspondent au standard, Les forces de type relativité générale et les régions jaune vif correspondent aux forces renforcées (forces modifiées). Les images montrent des vues de la galaxie simulée d'en haut et de côté. Crédit :Christian Arnold/Baojiu Li/Université de Durham.
Des simulations de galaxies par superordinateur ont montré que la théorie de la relativité générale d'Einstein n'était peut-être pas le seul moyen d'expliquer le fonctionnement de la gravité ou la formation des galaxies.
Physiciens à l'Université de Durham, ROYAUME-UNI, simulé le cosmos à l'aide d'un modèle alternatif pour la gravité -f(R)-gravité, une soi-disant théorie du caméléon.
Les images résultantes produites par la simulation montrent que des galaxies comme notre Voie lactée pourraient encore se former dans l'univers même avec des lois de gravité différentes.
Les résultats montrent la viabilité de la théorie du caméléon - ainsi appelée parce qu'elle modifie le comportement en fonction de l'environnement - comme alternative à la relativité générale pour expliquer la formation des structures dans l'univers.
La recherche pourrait également aider à mieux comprendre l'énergie noire, la substance mystérieuse qui accélère le taux d'expansion de l'univers.
Les résultats sont publiés dans Astronomie de la nature .
La relativité générale a été développée par Albert Einstein au début des années 1900 pour expliquer l'effet gravitationnel des grands objets dans l'espace, par exemple pour expliquer l'orbite de Mercure dans le système solaire.
Elle est le fondement de la cosmologie moderne mais joue également un rôle dans la vie quotidienne, par exemple dans le calcul des positions GPS dans les smartphones.
Les scientifiques savent déjà par des calculs théoriques que la théorie du caméléon peut reproduire le succès de la relativité générale dans le système solaire.
L'équipe de Durham a maintenant montré que cette théorie permet à des galaxies réalistes comme notre Voie lactée de se former et peut être distinguée de la Relativité Générale à de très grandes échelles cosmologiques.
Co-auteur principal de la recherche, le Dr Christian Arnold, à l'Institut de cosmologie computationnelle de l'Université de Durham, a déclaré:"La théorie du caméléon permet de modifier les lois de la gravité afin que nous puissions tester l'effet des changements de gravité sur la formation des galaxies.
Des images générées par ordinateur montrant une galaxie à disque à partir d'une simulation de gravité modifiée sont disponibles. Les images s'affichent (côté droit de l'image, en rouge-bleu) la densité de gaz dans le disque de la galaxie avec les étoiles représentées par des points brillants. Le côté gauche des images montre les changements de force dans le gaz dans le disque, où les régions centrales sombres correspondent au standard, Les forces de type relativité générale et les régions jaune vif correspondent aux forces renforcées (forces modifiées). Les images montrent des vues de la galaxie simulée d'en haut et de côté. Crédit :Christian Arnold/Baojiu Li/Université de Durham.
"Grâce à nos simulations, nous avons montré pour la première fois que même si vous modifiez la gravité, cela n'empêcherait pas la formation de galaxies discales à bras spiraux.
"Notre recherche ne signifie certainement pas que la Relativité Générale est fausse, mais cela montre que cela ne doit pas être le seul moyen d'expliquer le rôle de la gravité dans l'évolution de l'univers."
Les chercheurs ont examiné l'interaction entre la gravité dans la théorie du caméléon et les trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies.
Les trous noirs jouent un rôle clé dans la formation des galaxies car la chaleur et la matière qu'ils éjectent en avalant la matière environnante peuvent brûler le gaz nécessaire à la formation des étoiles, arrêter efficacement la formation d'étoiles.
La quantité de chaleur rejetée par les trous noirs est altérée en changeant la gravité, affectant la formation des galaxies.
Cependant, les nouvelles simulations ont montré que même en tenant compte du changement de gravité causé par l'application de la théorie du caméléon, les galaxies pouvaient encore se former.
La relativité générale a également des conséquences pour comprendre l'expansion accélérée de l'univers.
Les scientifiques pensent que cette expansion est due à l'énergie noire et les chercheurs de Durham affirment que leurs découvertes pourraient être un petit pas vers l'explication des propriétés de cette substance.
Co-auteur principal de la recherche, le professeur Baojiu Li, de l'Institut de cosmologie computationnelle de l'Université de Durham, dit :« 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 dans le temps.
"Toutefois, alternatives à une constante cosmologique qui expliquent l'expansion accélérée en modifiant la loi de la gravité, comme la gravité f(R), sont également largement pris en compte étant donné le peu d'informations sur l'énergie noire."
Les chercheurs de Durham s'attendent à ce que leurs découvertes puissent être testées grâce à des observations utilisant le télescope Square Kilometer Array (SKA). basé en Australie et en Afrique du Sud, qui devrait commencer les observations en 2020.
SKA sera le plus grand radiotélescope du monde et vise à remettre en question la théorie de la relativité générale d'Einstein, regardez comment les premières étoiles et galaxies se sont formées après le Big Bang, et aider les scientifiques à comprendre la nature ou l'énergie noire.
