Cela fait des décennies que nous recherchons la matière noire, mais cette substance mystérieuse reste indétectable par nos instruments. Aujourd’hui, les astrophysiciens ont exploré une possibilité intrigante : et si ce n’était pas la matière noire qui affectait la rotation galactique après tout. Et si c’était plutôt la masse de la lumière ?
Dans un article publié en 1980, l’astronome américaine Vera Rubin a prouvé de manière assez concluante qu’ il y avait quelque chose de vraiment étrange à propos des galaxies : leurs bords tournent beaucoup plus vite qu’ils ne le devraient.
À mesure que l’on s’éloigne du centre galactique, le mouvement orbital des étoiles et du gaz dans le disque devrait théoriquement ralentir, la diminution de la vitesse étant proportionnelle à la distance du centre.
C’est ce qu’on appelle le déclin képlérien, ou courbe de rotation décroissante, et on peut l’observer de manière assez nette dans les systèmes planétaires comme notre propre système solaire. Mais la plupart des galaxies ne font pas cela.
Au contraire, leurs courbes de rotation restent plates ou augmentent. Ces étoiles extérieures tournent en orbite beaucoup plus rapidement qu’elles ne le devraient, d’après l’effet gravitationnel de la matière que nous pouvons observer.
Les astrophysiciens ont donc émis l’hypothèse de la matière noire. Nous ne savons pas ce qu’elle est, et nous ne pouvons pas la détecter directement. Mais à moins que notre compréhension actuelle de l’Univers physique (et toutes les données que nous avons recueillies sur le phénomène ) ne soit erronée, quelque chose là-haut produit sans aucun doute une gravité supplémentaire.
Mais ce quelque chose pourrait ne pas être la matière noire, selon une équipe de chercheurs – plus précisément, le physicien des plasmas Dmitri Ryutov, qui a récemment pris sa retraite du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, et Dmitry Budker et Victor Flambaum de l’université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne.
Dans un nouvel article, ils avancent l’argument que les particules de lumière (photons) sont au moins partiellement à l’origine du phénomène, provoquant un effet qui n’est pas la gravité, mais qui s’y apparente fortement.
“L’effet hypothétique que nous étudions n’est pas le résultat d’une gravité accrue”, a déclaré Budker.
“En supposant une certaine masse de photons, bien plus petite que la limite supérieure actuelle, nous pouvons montrer que cette masse serait suffisante pour générer des forces supplémentaires dans une galaxie et que ces forces seraient grossièrement assez importantes pour expliquer les courbes de rotation. Cette conclusion est extrêmement excitante”
L’effet qu’ils décrivent est une sorte de “pression négative” causée par les contraintes électromagnétiques liées à la masse des photons.
Lorsqu’elles sont placées dans le contexte d’un système mathématique appelé électrodynamique Maxwell-Proca, ces contraintes électromagnétiques peuvent générer des forces centripètes supplémentaires, agissant principalement sur le gaz interstellaire. L’équipe appelle cela la contrainte Proca, et elle agit beaucoup comme la gravité.
Donc, oui, c’est purement hypothétique à ce stade. Et ce n’est pas parfait.
D’une part, les étoiles à courte durée de vie qui naissent du gaz (et qui y retournent rapidement avant d’avoir terminé une orbite) seraient fortement couplées au gaz ; les contraintes de Proca qui agissent sur le gaz agiraient aussi indirectement sur ces étoiles.
Mais les étoiles à plus longue durée de vie posent un problème. Le Soleil, par exemple, a environ 4,6 milliards d’années et tourne autour du centre galactique tous les 230 millions d’années, ce qui signifie qu’il a déjà fait quelques tours de manège. D’après les calculs de l’équipe, il devrait avoir une orbite très elliptique sous les contraintes de Proca.
Et pourtant, ce n’est pas le cas. La théorie aurait donc besoin d’un peu de travail pour être compatible avec nos observations réelles de l’Univers. Pour l’instant, la matière noire est toujours reine. Mais il n’y a aucun mal, et potentiellement beaucoup de bien, à chercher d’autres explications.
“Nous ne considérons pas actuellement la masse des photons comme la solution au problème de la courbe de rotation. Mais elle pourrait faire partie de la solution”, a déclaré M. Budker.
“Cependant, nous devons garder l’esprit ouvert tant que nous ne savons pas réellement ce qu’est la matière noire”
Les recherches ont été publiées dans The Astrophysical Journal.