En termes de théorie sur la gravité, la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein est depuis 1915 la référence en la matière. Quoi qu’il en soit, et ce malgré la pertinence de la théorie d’Einstein, les physiciens théoriciens ont continué de mener des recherches afin de trouver une alternative à la théorie gravitationnelle. Plus d’un siècle après qu’Einstein a exprimé sa théorie, les scientifiques ont enfin trouvé une nouvelle alternative nommée « théorie du caméléon ».

L’image d’une galaxie © Pixabay

Ainsi, la théorie de la relativité générale d’Einstein a été maintes fois démontrée et est généralement reconnue comme une base solide pour la compréhension de l’Univers. Mais ce n’est pas le seul modèle pour expliquer le fonctionnement de la gravité et de la formation des galaxies, et de nouvelles recherches, décrites dans une étude publiée dans la revue Nature Astronomy, ont montré un modèle différent, mais pertinent, qui n’a pas été abordé par Einstein.

Lesdites recherches ont été menées par des physiciens de la Durham University, au Royaume-Uni. À cet effet, ils ont utilisé de puissants superordinateurs qui leur ont permis de simuler l’évolution du cosmos en se basant sur une alternative de relativité générale appelée « gravité f(R) », également connue sous le nom de « théorie du caméléon ». Les images résultantes générées par la simulation montrent que des galaxies, telles que notre Voie lactée, pourraient et auraient pu se former dans l’Univers, et ce avec des lois autres que celle de la relativité générale.

Une supernova en spirale dans une galaxie © Maxpixel

Qu’est-ce que la théorie du caméléon ?

Cette nouvelle théorie contraste vivement avec la relativité générale, dans laquelle la force de gravitation est traitée comme une constante. La relativité générale a été validée expérimentalement, mais les modèles montrent que la théorie du caméléon ne peut être exclue, dans la mesure où un univers agissant selon cette nouvelle théorie permettrait toujours de former le même type de galaxies et de trous noirs qu’avec la théorie de la relativité générale.

L’équation du modèle standard d’Einstein © Wikimedia / Sean Carroll

La principale différence entre les deux théories réside dans le fait que la relativité générale considère l’énergie noire comme une sorte de constante uniforme. Les simulations de la théorie du caméléon traitent plutôt cette force comme une variable changeante. La manipulation de l’énergie noire et de la gravité dans la simulation a affecté la quantité de gaz cosmiques consommés et brûlés par les trous noirs supermassifs, ce qui a notamment permis de déterminer le nombre d’étoiles se formant dans une galaxie.

Les chercheurs ont aussi examiné l’interaction entre la gravité et les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies. À noter que les trous noirs jouent un rôle clé dans la formation des galaxies, car la chaleur et les matériaux qu’ils éjectent en avalant la matière environnante peuvent brûler les gaz nécessaires à la formation d’étoiles. La quantité de chaleur dégagée par les trous noirs est également modifiée en fonction de la gravité, ce qui affecte la formation des galaxies. Cependant, les nouvelles simulations ont montré que même en tenant compte du changement de gravité, les galaxies étaient encore capables de se former si l’on applique la théorie du caméléon.


EN BREF, LA THÉORIE DU CAMÉLÉON MODIFIE LES LOIS DE LA GRAVITÉ POUR TESTER L’EFFET DU CHANGEMENT DE GRAVITÉ SUR LA FORMATION DES GALAXIES.

Par ailleurs, la théorie propose une nouvelle force, en plus des quatre déjà connues, conditionnée par une particule appelée la « particule caméléon ». Cette nouvelle force caméléon agirait comme une énergie noire, séparant ainsi les galaxies du cosmos. La théorie suggère que les particules caméléons peuvent se fondre dans leur environnement et sont alors difficiles à détecter. À cet effet, ces particules ne changent pas de couleur, mais elles changent de masse. Dans les environnements à haute densité, tels que ceux proches de la Terre, elles ont une masse élevée et sont donc difficiles à détecter. C’est ce qui explique pourquoi on ne peut pas voir les effets des particules caméléons dans notre Système solaire.  

Quoi qu’il en soit, la théorie du caméléon ne réfute en aucun cas la relativité générale, mais offre plutôt un autre moyen d’examiner le comportement de la gravité d’un tout autre point de vue. Ainsi, si la relativité générale reconnaît la gravité comme une constante, la théorie du caméléon tient compte de la fluctuation des effets de la gravité en fonction de l’environnement. Et bien que la théorie du caméléon ne démystifie pas la relativité générale, elle reste un modèle valable.

Les recherches sur la théorie du caméléon

Les scientifiques savent déjà par des calculs théoriques que la théorie du caméléon peut reproduire le succès de la relativité générale dans le Système solaire. L’équipe de Durham University a aussi démontré que cette théorie permettait la formation de galaxies et pouvait être distinguée de la relativité générale à de très grandes échelles cosmologiques. Quoi qu’il en soit, la validation expérimentale de cette théorie nécessitera certainement plus de recherches.

D’ailleurs, les chercheurs de l’université de Durham espèrent que leurs découvertes puissent être testées avec les observations réalisées à l’aide du télescope Square Kilometer Array (SKA) basé en Australie et en Afrique du Sud, qui doit débuter ses observations en 2020. SKA sera le plus grand radiotélescope du monde et vise à remettre en question la théorie de la relativité générale d’Einstein, à examiner comment les premières étoiles et galaxies se sont formées après le Big Bang et à aider les scientifiques à comprendre la nature de l’énergie noire.

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