La distribution de la matière normale détermine avec précision l'accélération gravitationnelle dans tous les types courants de galaxies, une équipe dirigée par des chercheurs de la Case Western Reserve University rapporte.

L'équipe a montré que cette relation d'accélération radiale existe dans les galaxies elliptiques de masse élevée et sphéroïdales de faible masse voisines, en s'appuyant sur la découverte de cette relation l'année dernière dans les galaxies spirales et irrégulières. Cela fournit un soutien supplémentaire que la relation équivaut à une nouvelle loi naturelle, disent les chercheurs.

"Cela démontre que nous avons vraiment une loi universelle pour les systèmes galactiques, " a déclaré Federico Lelli, ancien chercheur postdoctoral en astronomie à la Case Western Reserve University et actuellement chercheur à l'European Southern Observatory.

"Ceci est similaire à la loi de Kepler pour les systèmes planétaires, qui ne se soucie pas des propriétés spécifiques de la planète. Que la planète soit rocheuse comme la Terre ou gazeuse comme Jupiter, la loi s'applique, " dit Lelli, qui a mené cette enquête.

Dans ce cas, l'accélération observée est étroitement corrélée à l'accélération gravitationnelle de la masse visible, quel que soit le type de galaxie. En d'autres termes, si les astronomes mesurent la distribution de la matière normale, ils connaissent la courbe de rotation, et vice versa.

"Mais on ne sait toujours pas ce que signifie cette relation et quelle est son origine fondamentale, " dit Lelli.

L'étude est publiée en ligne dans Journal d'astrophysique aujourd'hui. Les co-auteurs sont Stacy McGaugh, président du département d'astronomie de Case Western Reserve, Jacques Schombert, professeur d'astronomie à l'Université de l'Oregon, et Marcel Pawlowski, ancien chercheur postdoctoral en astronomie à Case Western Reserve et actuel boursier Hubble à l'Université de Californie, Irvine.

Les chercheurs ont découvert que dans 153 galaxies spirales et irrégulières, 25 vélos elliptiques et lenticulaires, et 62 sphéroïdes nains, l'accélération observée est étroitement corrélée à l'accélération gravitationnelle attendue de la masse visible.

Les écarts observés par rapport à cette corrélation ne sont liés à aucune propriété galactique spécifique mais complètement aléatoires et cohérents avec les erreurs de mesure, l'équipe a trouvé.

L'étroitesse de cette relation est difficile à comprendre en termes de matière noire telle qu'elle est actuellement comprise, les chercheurs ont dit.

Il remet également en question la compréhension actuelle de la formation et de l'évolution des galaxies, dans lequel de nombreux processus aléatoires tels que les fusions et interactions de galaxies, entrées et sorties de gaz, formation d'étoiles et supernovas, se produire en même temps.

« La régularité doit émerger en quelque sorte de ce chaos, " dit Lelli.

Pour faire leur découverte, les chercheurs ont combiné différents traceurs de l'accélération centripète trouvés dans différents types de galaxies, à partir desquels ils ont fait des comparaisons 1 à 1.

Les traceurs cinématiques étaient des gaz froids dans des galaxies spirales et irrégulières, étoiles ou gaz chauds dans les elliptiques et lenticulaires, et des étoiles géantes individuelles dans des sphéroïdes naines.

L'enquête a porté sur des galaxies sphéroïdales naines ultra-faibles, mais en raison de leur manque de lumière, ce qui les rend difficiles à étudier, les chercheurs ne peuvent pas offrir avec confiance une interprétation claire de la relation d'accélération radiale dans ces derniers.

Néanmoins, la preuve croissante de la relation, ou la loi naturelle, nécessite une nouvelle réflexion sur la matière noire et la gravité, les chercheurs ont dit.

"Dans le paradigme standard de la matière noire, cette loi implique que la matière visible et la matière noire doivent être étroitement couplées dans les galaxies au niveau local et indépendamment sur les propriétés globales. Ils doivent se connaître, " a déclaré Lelli. " Dans les modèles alternatifs comme la gravité modifiée, cette loi représente une contrainte empirique clé et peut guider les physiciens théoriciens pour construire une extension mathématique appropriée de la relativité générale d'Einstein."

Jusqu'à présent, les recherches de l'équipe se sont concentrées sur les galaxies de l'univers proche. Lelli et ses collègues prévoient de tester la relation dans des galaxies plus éloignées, quelques milliards d'années seulement après le big bang. Ils espèrent savoir si la même relation existe pendant la durée de vie de l'Univers.