Einstein a prédit comment la gravité devrait fonctionner aux plus grandes échelles. Et il avait raison, suggère une nouvelle recherche

Lorsqu’Albert Einstein a présenté sa théorie de la relativité générale en 1915, celle-ci a changé notre façon de voir l’univers. Son modèle gravitationnel montrait comment la gravité newtonienne, qui dominait l’astronomie et la physique depuis plus de trois siècles, n’était qu’une approximation d’un modèle plus subtil et plus élégant.

Einstein nous a montré que la gravité n’est pas une simple force mais plutôt le fondement de la structure cosmique. La gravité, disait Einstein, définissait la structure même de l’espace et du temps.

Mais au cours du siècle dernier, nous en avons appris bien plus sur le cosmos que même Einstein n’aurait pu l’imaginer. Certaines de nos observations, comme la lentille gravitationnelle, confirment clairement la relativité générale, mais d’autres semblent percer des trous dans le modèle. Le mouvement de rotation des galaxies ne correspond pas aux seules prédictions de la gravité, ce qui conduit les astronomes à introduire la matière noire.

L’expansion de l’univers n’est pas régulière mais s’accélère, ce qui indique la présence d’énergie sombre. Pour certains astronomes, cela souligne la nécessité d’un nouveau modèle. Quelque chose qui puisse expliquer les mouvements des étoiles et des galaxies sans avoir besoin de ces matériaux sombres qui ne sont pas détectés en laboratoire. Les alternatives les plus populaires se concentrent sur les théories de la gravité modifiée.

Le modèle standard de la cosmologie est connu sous le nom de modèle LCDM. Le L, pour lambda, est le symbole utilisé en relativité générale pour représenter le taux d’expansion cosmique et représente l’énergie noire, tandis que CDM signifie matière noire froide. Ce modèle décrit un univers en expansion qui a commencé comme un état chaud et dense il y a environ 13,78 milliards d’années.

C’est un univers composé d’environ 5 % de matière ordinaire, 25 % de matière noire et 70 % d’énergie noire. Il s’agit actuellement du modèle le mieux étayé par des preuves observationnelles. Les modèles gravitationnels modifiés ont une grande colline à gravir. Pour renverser le LCDM, ils doivent tenir compte de tout ce qu’il prédit et éliminer le besoin de matière noire et d’énergie.

Cette année, cette colline est devenue beaucoup plus raide. Dans une série de publications publiées par la collaboration Dark Energy Spectroscopique Instrument (DESI) et publiées sur arXiv serveur de préimpression, il a été confirmé que le modèle cosmologique standard est en parfait accord avec le modèle d’Einstein. L’enquête DESI a cartographié près de 6 millions de galaxies sur 11 milliards d’années de temps cosmique, permettant aux astronomes de voir non seulement comment les galaxies se regroupent, mais aussi comment ce regroupement évolue au fil du temps. Il s’agit de la plus grande carte 3D de l’univers réalisée à ce jour.

Le modèle LCDM fait des prédictions très strictes sur la structure cosmique. Si l’énergie noire était une sorte de force répulsive plutôt qu’une propriété inhérente à l’espace-temps, le regroupement évoluerait différemment de ce qui est observé. Si la matière noire était une illusion de forces gravitationnelles modifiées, l’échelle du regroupement galactique serait différente.

Cette dernière enquête montre de manière explicite que les modèles gravitationnels modifiés ne tiennent pas le coup. Les résultats limitent fortement les modèles de gravité modifiés possibles et excluent bon nombre des modèles actuellement proposés. Sur la base de ces nouveaux résultats, le modèle cosmologique standard de la gravité einsteinienne, de la matière noire et de l’énergie noire est celui qui correspond le mieux à l’univers observé.

Il reste encore des mystères à résoudre, notamment celui du problème de tension de Hubble. Peut-être qu’un nouveau modèle de gravité modifié résoudra ce mystère et renversera finalement Einstein, mais pour l’instant, le génie aux cheveux sauvages reste le roi de la colline.