La gravité fonctionne-t-elle différemment à l’échelle de l’univers?
Les cosmologistes savent depuis les années 1930 que notre univers est en expansion, un phénomène qui s’inscrit dans la théorie de la relativité générale d’Einstein. En 1998, on a toutefois découvert que cette expansion s’accélérait. Nous ne comprenons pas bien les raisons de ce phénomène. Néanmoins, les scientifiques ont identifié un certain nombre de possibilités. L’une d’entre elles pourrait être l’existence dans l’univers de l’énergie noire, qui possède des propriétés que nous n’avons pas encore expliquées. Par ailleurs, nous ne comprenons pas totalement le fonctionnement de la gravité à de très grandes distances, au-delà de l’échelle des galaxies. Peut-être que la théorie de la relativité générale d’Einstein ne s’applique pas à cette échelle. «Une question clé pour les cosmologistes est de savoir quelle approche est la bonne», explique Camille Bonvin, coordinatrice du projet LSSgrav, de l’université de Genève(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Suisse. «Mon objectif dans le cadre du projet LSSgrav était de développer de nouveaux moyens de tester les règles de la gravité à de très grandes distances.»
La structure à grande échelle de l’univers
Pour parvenir à ses fins, Camille Bonvin, qui a bénéficié du soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), s’est intéressée à la structure à grande échelle de l’univers. L’un des principaux objectifs était de voir comment les galaxies, qui sont rassemblées en amas et en structures cosmiques sous l’effet de la gravité, sont réparties. Il est important de noter que nous ne voyons pas les galaxies telles qu’elles sont. La lumière que nous voyons est déformée par de nombreux facteurs, par exemple si la galaxie se trouve à l’intérieur d’un amas dense. «Alors que les cosmologistes ont tendance à considérer cette déformation comme une contamination des mesures, mon approche a consisté à la considérer non pas comme un bruit, mais comme un signal», note Camille Bonvin. «Car si nous pouvons déduire la déformation de l’espace et du temps à partir de la répartition des galaxies, nous pouvons l’utiliser pour tester les lois de la gravité.»
Cartographier la matière noire dans l’univers
Camille Bonvin a entrepris de développer des moyens de mesurer ces déformations, ce qui n’est pas une tâche facile. De nouvelles méthodes d’observation ont été mises au point pour isoler et renforcer ces effets. «Lorsque nous effectuons des tests de ce type, nous devons toujours être prudents», explique Camille Bonvin. «Nous savons qu’il nous manque quelque chose: la matière noire qui se trouve dans l’univers. Et il est difficile de faire la distinction. S’il y a une anomalie, est-ce parce que la théorie de la relativité générale est erronée, ou est-ce parce que la matière noire se comporte de manière inhabituelle?» En appliquant sa nouvelle technique d’observation à des données synthétiques qui imitent ce que la nouvelle génération de relevés mesurera, Camille Bonvin a pu montrer qu’il était possible de faire la distinction entre la gravité et la matière noire. «Nous avons montré que nous pouvions tester la théorie de la gravité en comparant la déformation du temps à la déformation de l’espace, pour voir si elles sont identiques ou non», poursuit-elle. «La théorie nous dit que ces déformations devraient être les mêmes. Si ce n’est pas le cas, cela signifie que la théorie de la relativité générale d’Einstein n’est pas correcte aux distances cosmologiques.»
La déformation du temps et de l’espace
Les résultats positifs de cette nouvelle approche ouvrent de nouvelles voies de réflexion. «Nous devons toujours être prudents avec les hypothèses que nous formulons», ajoute Camille Bonvin. «Nous devons accepter qu’il y a beaucoup d’inconnues. Cette approche d’observation consiste à apporter les informations nécessaires pour faire des distinctions.» Camille Bonvin a l’intention de poursuivre ses recherches en appliquant son approche à la nouvelle génération de données actuellement collectées, afin de réaliser des tests et d’aider à distinguer la gravité, l’énergie noire et la matière noire. Ces avancées pourraient permettre de répondre à une série de questions cosmologiques, et notamment de comprendre pourquoi l’expansion de notre univers s’accélère.