Cette image – la première publiée par le télescope spatial James Webb de la NASA – montre l'amas de galaxies SMACS 0723. Certaines des galaxies semblent maculées ou étirées en raison d'un phénomène appelé lentille gravitationnelle. Cet effet peut aider les scientifiques à cartographier la présence de matière noire dans l'univers. Crédit :NASA, ESA, ASC, STScI
L'une des plus grandes énigmes de l'astrophysique pourrait-elle être résolue en retravaillant la théorie de la gravité d'Albert Einstein ? Une nouvelle étude co-écrite par des scientifiques de la NASA dit que non.
L'univers s'étend à un rythme accéléré, et les scientifiques ne savent pas pourquoi. Ce phénomène semble contredire tout ce que les chercheurs comprennent de l'effet de la gravité sur le cosmos :c'est comme si vous jetiez une pomme en l'air et qu'elle continuait vers le haut, de plus en plus vite. La cause de l'accélération, appelée énergie noire, reste un mystère.
Une nouvelle étude de l'International Dark Energy Survey, utilisant le télescope Victor M. Blanco de 4 mètres au Chili, marque le dernier effort pour déterminer s'il s'agit simplement d'un malentendu :que les attentes concernant le fonctionnement de la gravité à l'échelle de l'univers entier sont défectueux ou incomplets. Ce malentendu potentiel pourrait aider les scientifiques à expliquer l'énergie noire. Mais l'étude - l'un des tests les plus précis à ce jour de la théorie de la gravité d'Albert Einstein à l'échelle cosmique - révèle que la compréhension actuelle semble toujours correcte.
Les résultats, rédigés par un groupe de scientifiques dont certains du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, ont été présentés le mercredi 23 août à la Conférence internationale sur la physique des particules et la cosmologie (COSMO'22) à Rio de Janeiro. Le travail aide à préparer le terrain pour deux télescopes spatiaux à venir qui sonderont notre compréhension de la gravité avec une précision encore plus élevée que la nouvelle étude et peut-être enfin résoudre le mystère.
Il y a plus d'un siècle, Albert Einstein a développé sa théorie de la relativité générale pour décrire la gravité, et jusqu'à présent, il a tout prédit avec précision, de l'orbite de Mercure à l'existence de trous noirs. Mais si cette théorie ne peut pas expliquer l'énergie noire, certains scientifiques ont soutenu, alors peut-être qu'ils doivent modifier certaines de ses équations ou ajouter de nouveaux composants.
Pour savoir si c'est le cas, les membres du Dark Energy Survey ont cherché des preuves que la force de la gravité a varié tout au long de l'histoire de l'univers ou sur des distances cosmiques. Une découverte positive indiquerait que la théorie d'Einstein est incomplète, ce qui pourrait aider à expliquer l'accélération de l'expansion de l'univers. Ils ont également examiné les données d'autres télescopes en plus de Blanco, y compris le satellite Planck de l'ESA (Agence spatiale européenne), et sont parvenus à la même conclusion.
The study finds Einstein's theory still works. So no explanation for dark energy yet. But this research will feed into two upcoming missions:ESA's Euclid mission, slated for launch no earlier than 2023, which has contributions from NASA; and NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope, targeted for launch no later than May 2027. Both telescopes will search for changes in the strength of gravity over time or distance.
Blurred Vision
How do scientists know what happened in the universe's past? By looking at distant objects. A light-year is a measure of the distance light can travel in a year (about 6 trillion miles, or about 9.5 trillion kilometers). That means an object one light-year away appears to us as it was one year ago, when the light first left the object. And galaxies billions of light-years away appear to us as they did billions of years ago. The new study looked at galaxies stretching back about 5 billion years in the past. Euclid will peer 8 billion years into the past, and Roman will look back 11 billion years.
The galaxies themselves don't reveal the strength of gravity, but how they look when viewed from Earth does. Most matter in our universe is dark matter, which does not emit, reflect, or otherwise interact with light. While scientists don't know what it's made of, they know it's there, because its gravity gives it away:Large reservoirs of dark matter in our universe warp space itself. As light travels through space, it encounters these portions of warped space, causing images of distant galaxies to appear curved or smeared. This was on display in one of first images released from NASA's James Webb Space Telescope.
Dark Energy Survey scientists search galaxy images for more subtle distortions due to dark matter bending space, an effect called weak gravitational lensing. The strength of gravity determines the size and distribution of dark matter structures, and the size and distribution in turn determine how warped those galaxies appear to us. That's how images can reveal the strength of gravity at different distances from Earth and distant times throughout the universe's history. The group has now measured the shapes of over 100 million galaxies, and so far, the observations match what's predicted by Einstein's theory.
"There is still room to challenge Einstein's theory of gravity, as measurements gets more and more precise," said study co-author Agnès Ferté, who conducted the research as a postdoctoral researcher at JPL. "But we still have so much to do before we're ready for Euclid and Roman. So it's essential we continue to collaborate with scientists around the world on this problem as we've done with the Dark Energy Survey." NASA's Roman mission will test competing cosmic acceleration theories
