L’étude d’étoiles binaires larges révèle de nouvelles preuves d’une gravité modifiée à faible accélération

Une nouvelle étude publié dans Le journal d’astrophysique révèle de nouvelles preuves de la dégradation de la gravité standard de manière idiosyncrasique à faible accélération. Cette nouvelle étude renforce les preuves d’une gravité modifiée qui avaient été précédemment rapportées en 2023 à partir d’une analyse des mouvements orbitaux d’étoiles binaires liées gravitationnellement, largement séparées (ou à longue période), connues sous le nom de binaires larges.

La nouvelle étude a été réalisée par Kyu-Hyun Chae, professeur de physique et d’astronomie à l’Université Sejong de Séoul, en Corée du Sud, avec de larges binaires observés par le télescope spatial Gaia de l’Agence spatiale européenne.

Les anomalies gravitationnelles signalées en 2023 par l’étude de Chae sur les binaires larges ont la particularité unique que les mouvements orbitaux dans les binaires subissent des accélérations plus importantes que les prédictions newtoniennes lorsque l’accélération gravitationnelle mutuelle est inférieure à environ 1 nanomètre par seconde au carré et que le facteur d’accélération devient d’environ 1,4 aux accélérations. inférieure à environ 0,1 nanomètre par seconde carrée.

Cette accélération élevée dans les binaires larges ne peut pas être expliquée en invoquant la matière noire non détectée, car la densité de matière noire requise est hors de question sur la base de la dynamique galactique et des observations cosmologiques.

Remarquablement, l’accélération élevée s’accorde bien avec ce que prédisent les théories de la gravité modifiée de type MOND (dynamique newtonienne modifiée) telles que AQUAL sous l’effet de champ externe de la Voie Lactée. Le paradigme MOND a été suggéré par le physicien Mordehai Milgrom et la théorie AQUAL a été formulée par lui et le regretté physicien Jacob Bekenstein il y a 40 ans.

Étant donné que les systèmes astrophysiques liés par la gravitation, tels que les galaxies et les amas de galaxies, ainsi que l’univers lui-même, sont régis par la gravité, la dégradation de la gravité standard à faible accélération a de profondes implications pour l’astrophysique et la cosmologie. Ainsi, on ne saurait trop insister sur l’importance de la confirmation ou de la reproduction de l’anomalie signalée à partir du plus grand nombre d’études indépendantes possible. Cela a conduit Chae à une étude indépendante de binaires larges, bien que toujours basée sur la même base de données Gaia.

La nouvelle étude de Chae s’est concentrée sur un échantillon propre de binaires larges « purs » en supprimant tous les systèmes qui hébergent potentiellement des étoiles supplémentaires non observées. La motivation était d’éviter le fardeau (et les erreurs potentielles associées) du calcul des effets gravitationnels supplémentaires cachés et de comparer les résultats de l’échantillon pur avec les résultats antérieurs.

Chae a sélectionné de manière conservatrice jusqu’à 2 463 binaires purs, soit moins de 10 % de l’échantillon utilisé dans l’étude précédente. Puisque la fraction attendue de binaires purs parmi les systèmes apparemment binaires est d’au moins 50 %, cette fraction beaucoup plus faible signifie que la sélection a été suffisamment stricte.

Chae a appliqué deux algorithmes pour tester la gravité à partir d’un échantillon de binaires purs. Dans un algorithme initialement développé à partir de travaux antérieurs sur des échantillons généraux ou « impurs », il a utilisé une méthode de Monte Carlo pour calculer (la distribution de probabilité de) l’accélération cinématique observée, définie par la vitesse relative au carré de la séparation physique dans l’espace réel. espace tridimensionnel, en fonction de l’accélération gravitationnelle newtonienne entre les deux étoiles, puis l’a comparé à la prédiction newtonienne correspondante de l’accélération cinématique.

Dans l’autre algorithme, plus simple et adapté aux binaires purs, Chae a comparé la distribution observée des vitesses relatives projetées dans le ciel entre les deux étoiles par rapport aux séparations projetées dans le ciel avec la distribution prédite par Newton via une méthode de Monte Carlo.

Les deux algorithmes produisent des résultats cohérents qui concordent bien avec l’anomalie gravitationnelle rapportée précédemment. L’accélération ou la vitesse relative observée entre les deux étoiles satisfait naturellement à la gravité standard de Newton-Einstein à une séparation suffisamment petite ou à une accélération suffisamment élevée.

Cependant, l’accélération ou la vitesse relative observée commence à s’écarter de la prédiction newtonienne à une séparation d’environ 2 000 ua (unités astronomiques) et à une accélération d’environ 1 nanomètre par seconde carrée. Ensuite, il y a une augmentation presque constante d’environ 40 à 50 % de l’accélération ou une augmentation de 20 % de la vitesse relative à une séparation supérieure à environ 5 000 ua ou une accélération inférieure à environ 0,1 nanomètre par seconde carrée, jusqu’à la limite sondée d’environ 20 000 ua. ou 0,01 nanomètre par seconde carrée.

Les nouveaux résultats de Chae concordent bien avec un résultat indépendant du groupe de Xavier Hernández qui, par coïncidence, est actuellement en phase de production. Ceci est significatif car le groupe de Hernandez a sélectionné son échantillon de manière totalement indépendante de la sélection de Chae et a utilisé un algorithme indépendant (différent des deux algorithmes de Chae) basé sur la distribution complète des vitesses relatives pour leurs paires binaires larges et pures.

Concernant l’importance des résultats, Chae déclare : « Lorsque j’ai obtenu la preuve directe de l’anomalie gravitationnelle à faible accélération en 2023, j’avais l’impression de rêver. Étant donné que j’ai des preuves indépendantes provenant d’un échantillon dix fois plus petit de binaires purs grâce à « 

Chae souligne également que ce nouvel échantillon est explicitement exempt de toute préoccupation concernant la réduction de la qualité des données qui a été soulevée jusqu’à présent dans la littérature. Chae clarifie en outre la récente affirmation contradictoire d’Indranil Banik et de ses co-auteurs, en déclarant : « Leur méthodologie et leurs résultats posent de nombreux problèmes. Leur conclusion est invalide pour deux raisons principales, entre autres. »

« Dans leur sélection d’échantillons, ils ont sciemment exclu les binaires du régime newtonien qui sont cruciaux pour calibrer avec précision le taux d’occurrence des systèmes contenant des composants supplémentaires cachés. Ensuite, ils ont utilisé un algorithme statistique spécifique de modélisation des vitesses pour déduire la gravité, le taux d’occurrence, et d’autres paramètres simultanément, mais ont ignoré les erreurs de vitesse bien que vitales pour leur algorithme.

Chae conclut : « Au moins trois analyses quantitatives indépendantes réalisées par deux groupes indépendants révèlent essentiellement la même anomalie gravitationnelle. L’anomalie gravitationnelle est réelle et un nouveau changement de paradigme scientifique est en cours. »

L’anomalie gravitationnelle observée est remarquablement cohérente avec la phénoménologie gravitationnelle de type MOND (milgromienne). Cependant, des possibilités théoriques sous-jacentes englobant la phénoménologie gravitationnelle de type MOND sont actuellement ouvertes, ce qui pourrait être une bonne nouvelle pour les physiciens théoriciens et les mathématiciens.

La large anomalie gravitationnelle binaire rappelle l’anomalie de précession du périhélie de Mercure observée pour la première fois au XIXe siècle. Cette dernière a conduit à la théorie relativiste de la gravité d’Einstein. À quelle théorie fondamentale la première mènera-t-elle ?