Le professeur Pavel Kroupa, auteur principal de la nouvelle étude — © Volker Lannert / University of Bonn

Une équipe internationale d’astrophysiciens a observé des comportements étranges dans plusieurs amas d’étoiles, semblant défier notre compréhension actuelle de la gravité à l’échelle cosmique.

Des amas stellaires aux comportements étranges

Bien qu’elle ait été supplantée depuis par la théorie de la relativité générale d’Einstein, la loi de la gravitation universelle d’Isaac Newton permettait jusqu’à présent d’expliquer la structure et les mouvements à grande échelle de l’Univers. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, des scientifiques ont réalisé des observations ne correspondant pas tout à fait aux modèles actuellement acceptés.

L’équipe s’est concentrée sur des amas d’étoiles ouverts. Comprenant des milliers de jeunes astres s’étant formés à partir d’un nuage massif de poussière et de gaz, ces objets célestes possèdent normalement une durée de vie courte.

Selon l’Agence spatiale européenne, un amas a en effet tendance à perdre des étoiles, car celles-ci sont tiraillées les unes entre les autres sous l’effet de la gravité. Les astres déplacés vers ses bords peuvent alors finir par former des queues de marée (structures longues et fines composées d’étoiles et de gaz apparaissant de part et d’autre de l’amas) sous l’influence gravitationnelle de la galaxie.

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Un amas d’étoiles — Alexandru Canpan / Shutterstock.com

La théorie alternative MOND

Afin de déterminer précisément à quelle queue appartenaient les différentes étoiles de l’amas, les astrophysiciens ont utilisé une nouvelle approche nommée CCP (Jerabkova-compact-convergent-point) et l’ont appliquée aux données de quatre amas d’étoiles ouverts recueillies par différentes missions. À leur grande surprise, les queues avant contenaient systématiquement beaucoup plus d’astres.

« Les deux queues sont censées contenir à peu près le même nombre d’astres, mais nos observations indiquent pour la première fois que ce n’est pas toujours le cas : dans les amas que nous avons étudiés, la queue avant contenait toujours beaucoup plus d’étoiles proches de l’amas que la queue arrière », souligne Jan Pflamm-Altenburg, co-auteur de l’étude.

Pflamm-Altenburg et ses collègues ont ensuite simulé les mouvements des étoiles au sein de ces amas en se basant sur un modèle alternatif. Connu sous le nom de « dynamique newtonienne modifiée » (MOND), celui-ci suggère essentiellement que les effets de la gravité soient plus forts à de faibles niveaux d’accélération que ne le prévoient les lois de Newton. De façon frappante, ces prédictions se sont révélées correspondre étroitement aux observations réalisées.

En haut : un graphique de la distribution des étoiles dans l’amas des Hyades, tel que vu dans les observations astronomiques. En bas : une simulation informatique de MOND, qui montre une distribution similaire — © AG Kroupa / Uni Bonn

Des implications potentielles énormes

« Le modèle MOND prévoit que les étoiles puissent quitter un amas par deux portes, menant respectivement à la queue de marée arrière et avant », explique Pavel Kroupa, auteur principal de l’étude. « Contrairement à la théorie de l’attraction gravitationnelle de Newton, où celles-ci possèdent la même largeur, la première porte se révèle beaucoup plus étroite que la seconde, impliquant une moindre probabilité qu’un astre quitte l’amas en l’empruntant. »

Les chercheurs explorent actuellement d’autres méthodes afin de produire des simulations plus précises, qui pourraient ensuite être étendues à d’autres objets astronomiques afin de confirmer la validité de la théorie MOND. Ce qui pourrait potentiellement bouleverser l’astrophysique telle que nous la connaissons.

Actuellement, la théorie dominante pour expliquer les divergences dans le mouvement observé des étoiles et des galaxies, semblant se déplacer beaucoup trop vite par rapport à leur masse apparente, est celle de la matière noire, invisible. Mais en dépit de décennies de traque, les hypothétiques particules la composant n’ont encore jamais pu être détectées.

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