Étude : Gravité sans masse

À quoi ressemble la gravité sans masse ? Les lois révolutionnaires de Newton définissent universellement les effets de la gravité, tandis que le concept d’Einstein de l’espace-temps courbé la décrit en termes de courbure. Traditionnellement, les scientifiques ont associé la gravité uniquement à la matière.

Une étude récente propose une idée non conventionnelle : la gravité pourrait potentiellement exister sans masse, offrant une alternative au concept de matière noire, une substance mystérieuse et hypothétique censée constituer 85 % de la masse totale de l’Univers.

Les physiciens ont initialement conçu la matière noire pour expliquer la cohésion des galaxies en rotation rapide. Malgré des efforts considérables, ils ne l’ont pas encore observée directement, les poussant à explorer diverses théories non conventionnelles pour combler les lacunes dans la compréhension actuelle.

Défauts topologiques et gravité sans masse

L’astrophysicien Richard Lieu de l’Université de l’Alabama à Huntsville suggère que plutôt que la matière noire qui lie les galaxies ensemble, l’Univers pourrait présenter des couches minces en forme de coquilles de “défauts topologiques” qui génèrent des effets gravitationnels sans la présence de masse.

L’enquête de Lieu a commencé comme une exploration de solutions alternatives aux équations de champ d’Einstein, qui établissent une relation entre la courbure de l’espace-temps et la matière qu’il contient.

La théorie de la relativité générale d’Einstein de 1915 stipule que les faisceaux de matière et les flux de radiation façonnent la courbure de l’espace-temps dans l’Univers. Leur énergie est intrinsèquement liée à la masse à travers la célèbre équation d’Einstein : E=mc².

Gravité et relation masse-énergie

Ainsi, la masse d’un objet est corrélée à son énergie, ce qui courbe l’espace-temps, un concept qu’Einstein a décrit comme la gravité, beaucoup plus sophistiquée que l’approximation de la gravité de Newton au 17e siècle comme une force entre les masses. Cela implique donc que la gravité est étroitement liée à la masse.

Cependant, Richard Lieu conteste cette notion. Dans ses recherches, Lieu a abordé une version simplifiée des équations de champ d’Einstein pour explorer la possibilité d’une force gravitationnelle finie en l’absence de masse détectable.

Il explique : “Mon travail était motivé par la frustration face au consensus actuel, en particulier la persistance de l’existence de la matière noire malgré un siècle de manque de preuves directes.”

Défauts topologiques en forme de coquille dans les régions denses de l’espace

En fait, l’hypothèse de Lieu implique des défauts topologiques en forme de coquille qui pourraient exister dans les régions extrêmement denses de l’espace. Ces coquilles sont constituées d’une fine couche de masse positive entourée d’une couche extérieure de masse négative, s’annulant efficacement pour donner une masse totale de zéro.

Malgré cela, les étoiles situées près de ces coquilles subiraient une attraction gravitationnelle significative vers le centre.

“Mon argument dans l’article est que ces coquilles sont potentiellement sans masse”, affirme Lieu. S’il se révèle que ses propositions controversées sont valides, il suggère que “il n’y aurait alors plus besoin de continuer la recherche apparemment sans fin de la matière noire”.

Cependant, le prochain défi consiste à déterminer comment valider ou réfuter les coquilles proposées par Lieu à travers des observations.

“Le nombre croissant d’observations montrant des galaxies avec des formations en anneau et en coquille dans l’Univers apporte un soutien au type de source proposé ici”, note Lieu dans son article. Cependant, il reconnaît que sa solution proposée est “fortement suggestive” et seule ne peut pas réfuter l’hypothèse de la matière noire.

“Au mieux, cela pourrait être un exercice mathématique intrigant”, conclut Lieu. “Pourtant, cela représente la première preuve mathématique que la gravité peut exister indépendamment de la masse.”

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Lisez l’article original sur :  Science ALert

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