La rotation des étoiles dans les galaxies telles que la Voie lactée est déroutante. Les vitesses orbitales des étoiles devraient diminuer avec leur distance du centre de la galaxie, mais en fait, les étoiles des régions médiane et externe des galaxies ont la même vitesse de rotation. Cela peut être dû à l'effet gravitationnel de la matière que nous ne pouvons pas voir. Mais bien que les chercheurs le recherchent depuis des décennies, l'existence de la matière noire n'a pas encore été définitivement prouvée et nous ne savons toujours pas de quoi elle pourrait être faite. Avec ça en tête, les physiciens Dmitri Ryutov, Dmitry Budker et Victor Flambaum ont suggéré que la dynamique de rotation des galaxies pourrait s'expliquer par d'autres facteurs. Ils émettent l'hypothèse que la masse de photons, qui sont des particules de lumière, pourrait être responsable.

Professeur Dmitri Ryutov, qui a récemment pris sa retraite du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, NOUS., est un expert en physique des plasmas. Il a reçu le prix Maxwell 2017 de l'American Physical Society (APS) pour la physique des plasmas pour ses réalisations dans le domaine. Les physiciens attribuent généralement à Ryutov l'établissement de la limite supérieure de la masse du photon. Comme cette masse est extrêmement petite, même s'il n'est pas nul, il est généralement ignoré lors de l'analyse des processus atomiques et nucléaires. Mais même une masse infime pourrait, selon la proposition de collaboration, avoir un effet sur les phénomènes astrophysiques à grande échelle.

Lors de sa visite à l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), Ryoutov, son hôte le professeur Dmitry Budker du Helmholtz Institute Mayence (HIM), et le professeur Victor Flambaum, membre du Collège de recherche Gutenberg de l'Université de Mayence, décidé d'examiner l'idée de plus près. Ils se sont intéressés à la façon dont la masse infiniment petite du photon pouvait avoir un effet sur les galaxies massives. Le mécanisme au cœur de l'hypothèse des physiciens est une conséquence de ce que l'on appelle les équations de Maxwell-Proca. Ceux-ci permettraient de générer des forces centripètes supplémentaires en raison des contraintes électromagnétiques dans une galaxie.

Les effets sont-ils aussi forts que ceux exercés par la matière noire ?

"L'effet hypothétique que nous étudions n'est pas le résultat d'une gravité accrue, " a expliqué Dmitry Budker. Cet effet peut se produire en même temps que l'influence supposée de la matière noire. Il peut même, dans certaines circonstances, éliminer complètement le besoin d'évoquer la matière noire comme facteur lorsqu'il s'agit d'expliquer les courbes de rotation. Les courbes de rotation expriment la relation entre les vitesses orbitales des étoiles dans une galaxie et leur distance radiale du centre de la galaxie. "En supposant une certaine masse de photons, beaucoup plus petit que la limite supérieure actuelle, on peut montrer que cette masse serait suffisante pour générer des forces supplémentaires dans une galaxie et que ces forces seraient à peu près assez grandes pour expliquer les courbes de rotation, " a déclaré Budker. " Cette conclusion est extrêmement excitante. "

Les physiciens se sont même aventurés un peu plus loin. Ils se sont penchés sur la formation des protoétoiles et ont découvert que leur hypothèse avait d'autres implications. Il prédit que de longue durée, étoiles relativement légères, comme le soleil, aurait des orbites très elliptiques. "Les observations réelles ne sont clairement pas d'accord avec cette prédiction, ce qui signifie que notre théorie ne peut pas tout expliquer. » Les effets de Proca-force ne peuvent donc être responsables que de certaines des anomalies dans les courbes de rotation. « Nous ne considérons pas actuellement la masse des photons comme la solution au problème de la courbe de rotation. Mais cela pourrait faire partie de la solution, " conclut Budker. " Cependant, nous devons garder l'esprit ouvert tant que nous ne savons pas réellement ce qu'est la matière noire."