La célèbre constante de Newton est-elle vraiment constante ?

On nous a appris que l’Univers est gouverné par quatre forces fondamentales : la force nucléaire faible, la force nucléaire forte, la force électromagnétique et la force gravitationnelle. Mais que se passerait-il s’il existait une ou d’autres forces physiques dont on n’aurait pas encore pris connaissance ? Pourtant, la communauté scientifique s’est lancé ce défi : découvrir un phénomène pouvant ébranler ou ne serait-ce que remettre en cause ces quatre forces.

Deux astronomes ont mis la loi de Newton à l’épreuve

Petit rappel des cours de physique. Isaac Newton est le premier scientifique à s’être vraiment penché sur la question de la gravité. Avant ses recherches, nous prenions la gravité comme acquise ou plutôt comme une chose prévisible. Selon Wikipédia, la loi universelle de la gravitation décrit « la gravitation comme une force responsable de la chute des corps et du mouvement des corps célestes ».

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En partant de ce principe, Newton établit des lois sur le mouvement pour expliquer le comportement de tout objet, allant d’une pomme tombant d’un arbre aux planètes orbitant autour du Soleil. Toutefois, il aura fallu attendre Albert Einstein et sa théorie de la relativité générale pour mieux comprendre la gravitation. Petit rappel, cette théorie d’Einstein énonce que la gravitation n’est pas une force, mais la manifestation de la courbure de l’espace-temps. Cette courbure est issue de la distribution de l’énergie, sous forme de masse ou d’énergie cinétique, qui diffère suivant le référentiel de l’observateur.

Toutefois, là encore, la théorie de la relativité générale s’est avérée incomplète pour expliquer la gravité car cette théorie ne s’appliquait pas au domaine quantique. C’est la théorie des cordes qui semblait le plus satisfaire à ce domaine. Cette théorie énonce effectivement qu’à mesure que l’Univers grandit et change, les constantes fondamentales de la nature pourraient bien changer en même temps.

Des scientifiques ont effectué des expériences pour en avoir le cœur net

Au cours des dernières années, des scientifiques ont mené des expériences poussées sur la force de gravité de la Terre et de son proche voisinage. Ces expériences ont montré les strictes variations de la force G mais seulement au cours des dernières années. Autrement dit, la constante de Newton pourrait ne pas être si constante que cela mais aucune recherche n’a duré assez longtemps pour que les scientifiques s’en aperçoivent.

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En observant attentivement le fond diffus cosmologique, qui est le rayonnement électromagnétique très homogène observable dans toutes les directions du ciel et dont le pic d’émission est situé dans le domaine des micro-ondes, qui sont des rayonnements électromagnétiques de longueur intermédiaire entre l’infrarouge et les ondes de radiodiffusion (et non l’appareil qui se trouve dans votre cuisine), on peut, selon Paul Sutter, astrophysicien à la Ohio State University, voir certaines variations de la constante gravitationnelle.

La constante de Newton diminue ou reste-t-elle constante au fil du temps ?

Récemment, des astronomes ont écrit dans le journal arXiv qu’ils ont effectué un test des variations de la force G en observant des étoiles avec le télescope spatial Kepler. Un test de haute précision qui permettrait même de connaître l’évolution d’une étoile sur plusieurs milliards d’années. Ils ont découvert, en observant ces corps célestes pendant de longues périodes, que certaines variations provenaient du fait que la luminosité des étoiles variait. Plus précisément, il semble que les étoiles palpitent et tremblent sous l’effet d’ondes sonores provenant de l’extérieur. Ces ondes sonores qui s’écrasent à la surface de l’étoile affectent la luminosité de l’étoile. Or, il faut savoir que la composition d’une étoile varie suivant sa masse et son âge. A mesure que les étoiles évoluent, leur noyau et la dynamique de toutes leurs compositions internes changent et ces changements affectent ce qui se passe à leur surface.

En revenant sur la constante de Newton, si cette théorie était vraiment constante alors, la luminosité et la température des étoiles devraient s’accroître avec le temps puisque, lorsque les étoiles brûlent de l’hydrogène dans leurs noyaux, elles laissent dans leur sillage une masse inerte d’hélium. Cet hélium entrave le processus de fusion, réduit son efficacité et oblige les étoiles à brûler plus rapidement pour maintenir leur équilibre, les rendant ainsi plus chaudes et plus lumineuses. Mais si la constante de Newton diminue lentement avec le temps, alors la luminosité et le réchauffement des étoiles devraient avoir lieu sur des échelles de temps beaucoup plus rapides. Malheureusement, pour confirmer ou infirmer ces hypothèses, il faudrait observer ces astres pendant de très longues périodes.

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La loi gravitationnelle de Newton semble pour le moment inébranlable

Néanmoins, les astronomes ont trouvé la solution et ont entrepris d’observer l’étoile KIC7970740, une étoile qui fait ¾ de la masse de notre soleil et qui brûle depuis au moins 11 milliards d’années. En observant cette étoile pendant des années via le télescope Kepler, les astronomes ont compilé les données, les ont comparées avec divers modèles d’évolution de l’étoile et ont également tenu compte des variations de la gravitation de Newton.

Le résultat de leur analyse a montré que la loi gravitationnelle de Newton était vraiment constante, du moins, en se basant sur l’observation de KIC7970740. Ils affirment effectivement qu’il n’y eut aucune variation de la constante de Newton durant ces 11 milliards d’années d’existence de l’astre. Après avoir confirmé que la constante de Newton est bien constante, on en vient à se demander comment cette constante demeure aussi constante ? Mais, finalement, aucun scientifique ne sera parvenu à rafler le prix. Du moins, pour le moment.