Les chercheurs ont émis l'hypothèse que l'univers contient de la "matière noire". Ils ont également postulé l'existence d'une "énergie noire". Ces deux hypothèses expliquent le mouvement des étoiles dans les galaxies et l'accélération de l'expansion de l'univers. Mais selon un chercheur de l'UNIGE, ces concepts peuvent ne plus être valables, car les phénomènes universels peuvent être démontrés sans eux. Cette recherche exploite un nouveau modèle théorique basé sur l'invariance d'échelle de l'espace vide. Cette recherche est rapportée dans Le Journal d'Astrophysique .

En 1933, l'astronome suisse Fritz Zwicky a affirmé qu'il y a beaucoup plus de matière dans l'univers que ce que nous pouvons réellement voir. Les astronomes ont appelé cette matière inconnue « matière noire, " un concept qui allait prendre encore plus d'importance dans les années 1970, lorsque l'astronome américaine Vera Rubin a invoqué cette question énigmatique pour expliquer les mouvements et la vitesse des étoiles. Les scientifiques ont par la suite consacré des ressources considérables à l'identification de la matière noire dans l'espace, sur le terrain et au CERN, mais sans succès. En 1998, une équipe d'astrophysiciens australiens et américains a découvert l'accélération de l'expansion de l'univers, gagnant le prix Nobel de physique en 2011. Cependant, malgré d'énormes ressources scientifiques, aucune théorie ou observation n'a pu définir cette énergie qui serait plus forte que l'attraction gravitationnelle de Newton. En bref, la matière noire et l'énergie noire sont des mystères qui ont déconcerté les astronomes pendant des décennies.

Un nouveau modèle basé sur l'invariance d'échelle de l'espace vide

La façon dont les physiciens représentent l'univers et son histoire sont décrites par les équations de la relativité générale d'Einstein, La gravitation universelle de Newton et la mécanique quantique. Le consensus actuel est celui d'un Big Bang suivi d'une expansion. « Dans ce modèle, il y a une hypothèse de départ qui n'a pas été prise en compte, À mon avis, " dit André Maeder, professeur honoraire au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE. "Par ça, Je veux dire l'invariance d'échelle de l'espace vide; en d'autres termes, l'espace vide et ses propriétés ne changent pas à la suite d'une dilatation ou d'une contraction."

L'espace vide joue un rôle primordial dans les équations d'Einstein car il opère dans une quantité connue sous le nom de "constante cosmologique, " et le modèle résultant en dépend. Sur la base de cette hypothèse, Maeder réexamine maintenant le modèle standard de l'univers, soulignant que l'invariance d'échelle de l'espace vide est également présente dans la théorie fondamentale de l'électromagnétisme.

Lorsque Maeder a effectué des tests cosmologiques sur son nouveau modèle, il trouva que cela correspondait aux observations. Il a également découvert que le modèle prédit l'expansion accélérée de l'univers sans avoir à prendre en compte l'énergie noire. En bref, il semble que l'énergie noire n'existe pas réellement puisque l'accélération de l'expansion est contenue dans les équations de la physique.

Dans une seconde étape, Maeder s'est concentré sur la loi de Newton, un cas particulier des équations de la relativité générale. La loi est également légèrement modifiée lorsque le modèle intègre la nouvelle hypothèse de Maeder. En effet, il contient un très petit terme d'accélération vers l'extérieur, ce qui est particulièrement important aux faibles densités. Cette loi modifiée, appliqué aux amas de galaxies, conduit à des masses d'amas alignées sur celle de la matière visible (contrairement à ce que Zwicky avançait en 1933). Cela signifie qu'aucune matière noire n'est nécessaire pour expliquer les vitesses élevées des galaxies dans les amas. Un deuxième test a démontré que cette loi prédit également les vitesses élevées atteintes par les étoiles dans les régions externes des galaxies (comme Rubin l'avait observé), sans avoir recours à la matière noire pour les décrire. Finalement, un troisième test a porté sur la dispersion des vitesses des étoiles oscillant autour du plan de la Voie lactée. Cette dispersion, qui augmente avec l'âge des étoiles concernées, s'explique très bien en utilisant l'hypothèse de l'espace vide invariant, alors qu'il n'y avait auparavant aucun accord sur l'origine de cet effet.

La découverte de Maeder ouvre la voie à une nouvelle conception de l'astronomie qui soulèvera des questions et suscitera la controverse. "L'annonce de ce modèle, qui résout enfin deux des plus grands mystères de l'astronomie, reste fidèle à l'esprit de la science :rien n'est jamais acquis, pas en termes d'expérience, l'observation ou le raisonnement des êtres humains, " a conclu André Maeder.