Une équipe dirigée par l'UCLA a découvert une nouvelle façon de sonder l'hypothétique cinquième force de la nature en utilisant deux décennies d'observations à l'observatoire W. M. Keck, le télescope au sol le plus scientifiquement productif au monde.

Il y a quatre forces connues dans l'univers :la force électromagnétique, force nucléaire puissante, force nucléaire faible, et la force gravitationnelle. Les physiciens savent faire travailler ensemble les trois premiers, mais la gravité est l'intrus. Depuis des décennies, il y a eu des théories selon lesquelles une cinquième force lie la gravité aux autres, mais personne n'a pu le prouver jusqu'à présent.

"C'est vraiment excitant. Il nous a fallu 20 ans pour en arriver là, mais maintenant nos travaux sur l'étude des étoiles au centre de notre galaxie ouvrent une nouvelle méthode d'observation du fonctionnement de la gravité, " a déclaré Andrea Ghez, Directeur du groupe UCLA Galactic Center et co-auteur de l'étude.

La recherche est publiée dans le numéro actuel de Lettres d'examen physique .

Ghez et ses collègues ont analysé des images extrêmement nettes du centre de notre galaxie prises avec l'optique adaptative (AO) de l'observatoire Keck. Ghez a utilisé ce système de pointe pour suivre les orbites des étoiles près du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. Leur chemin stellaire, entraîné par la gravité créée à partir du trou noir supermassif, pourrait donner des indices sur la cinquième force.

"En observant les étoiles se déplacer sur 20 ans à l'aide de mesures très précises prises à partir des données de l'observatoire Keck, vous pouvez voir et mettre des contraintes sur le fonctionnement de la gravité. Si la gravitation est entraînée par autre chose que la théorie de la relativité générale d'Einstein, vous verrez de petites variations dans les trajectoires orbitales des étoiles, " dit Ghez.

C'est la première fois que la théorie de la cinquième force est testée dans un champ gravitationnel puissant tel que celui créé par le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Historiquement, les mesures de la gravité de notre système solaire créées par notre soleil ont été utilisées pour essayer de détecter la cinquième force, mais cela s'est avéré difficile car son champ gravitationnel est relativement faible.

"C'est excitant que nous puissions faire cela parce que nous pouvons poser une question très fondamentale - comment fonctionne la gravité?" dit Ghez. "La théorie d'Einstein le décrit magnifiquement bien, mais il y a beaucoup de preuves montrant que la théorie a des trous. La simple existence de trous noirs supermassifs nous dit que nos théories actuelles sur le fonctionnement de l'univers sont inadéquates pour expliquer ce qu'est un trou noir."

Ghez et son équipe, dont l'auteur principal Aurelien Hees et le co-auteur Tuan Do, les deux de l'UCLA, attendons avec impatience l'été 2018. C'est alors que l'étoile S0-2 sera à sa distance la plus proche du trou noir supermassif de notre galaxie. Cela permettra à l'équipe d'assister à l'attraction de l'étoile à sa force gravitationnelle maximale – un point où tout écart par rapport à la théorie d'Einstein devrait être le plus important.