Une énorme quantité de mystérieuse énergie noire est nécessaire pour expliquer les phénomènes cosmologiques, tels que l’expansion accélérée de l’Univers, à l’aide de la théorie d’Einstein. Mais que se passerait-il si l’énergie noire n’était qu’une illusion et que la relativité générale elle-même devait être modifiée ? Une nouvelle étude SISSA, publiée dans Physical Review Letters, propose une nouvelle approche pour répondre à cette question. Grâce à d’énormes efforts de calcul et de mathématiques, les scientifiques ont produit la toute première simulation de la fusion d’étoiles à neutrons binaires dans des théories allant au-delà de la relativité générale qui reproduisent un comportement semblable à celui de l’énergie noire à l’échelle cosmologique. Cela permet de comparer la théorie d’Einstein et ses versions modifiées et, avec des données suffisamment précises, pourrait résoudre le mystère de l’énergie noire.

Depuis une centaine d’années, la relativité générale décrit très bien la gravité dans une variété de régimes, passant tous les tests expérimentaux sur la Terre et dans le système solaire. Cependant, pour expliquer les observations cosmologiques telles que l’expansion accélérée de l’Univers, nous devons introduire des composantes noires, comme la matière noire et l’énergie noire, qui restent encore un mystère.

Enrico Barausse, astrophysicien à la SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) et chercheur principal de la subvention GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) du Conseil européen de la recherche, se demande si l’énergie noire est réelle ou si elle peut être interprétée comme une défaillance de notre compréhension de la gravité. L’existence de l’énergie noire pourrait n’être qu’une illusion« , dit-il, »l’expansion accélérée de l’Univers pourrait être causée par des modifications encore inconnues de la relativité générale, une sorte de « gravité noire ».« La fusion des étoiles à neutrons offre une situation unique pour tester cette hypothèse car la gravité autour d’elles est poussée à l’extrême. »Les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus denses qui existent, typiquement seulement 10 kilomètres de rayon, mais avec une masse entre une ou deux fois la masse de notre Soleil« , explique le scientifique. »Cela rend la gravité et l’espace-temps qui les entoure extrêmes, ce qui permet une production abondante d’ondes gravitationnelles lorsque deux d’entre elles entrent en collision. Nous pouvons utiliser les données acquises lors de tels événements pour étudier le fonctionnement de la gravité et tester la théorie d’Einstein dans une nouvelle fenêtre."

Dans cette étude, publiée dans Physical Review Letters, les scientifiques de SISSA, en collaboration avec des physiciens de l’Universitat de les Illes Balears à Palma de Majorque, ont produit la première simulation de la fusion d’étoiles à neutrons binaires dans des théories de gravité modifiée pertinentes pour la cosmologie : « Ce type de simulations est extrêmement difficile », explique Miguel Bezares, premier auteur de l’article, « en raison de la nature hautement non linéaire du problème. Il nécessite un énorme effort de calcul - des mois d’exécution dans des superordinateurs - qui a été rendu possible grâce à l’accord entre SISSA et le consortium CINECA ainsi qu’aux nouvelles formulations mathématiques que nous avons développées. Ces éléments ont représenté des obstacles majeurs pendant de nombreuses années jusqu’à notre première simulation ».

Grâce à ces simulations, les chercheurs sont enfin en mesure de comparer la relativité générale et la gravité modifiée. « De manière surprenante, nous avons constaté que l’hypothèse de la »gravité noire« explique aussi bien que la relativité générale les données acquises par les interféromètres LIGO et Virgo lors de collisions passées d’étoiles à neutrons binaires. En fait, les différences entre les deux théories dans ces systèmes sont assez subtiles, mais elles pourraient être détectées par les interféromètres gravitationnels de nouvelle génération, tels que le télescope Einstein en Europe et Cosmic Explorer aux États-Unis. Cela ouvre la possibilité passionnante d’utiliser les ondes gravitationnelles pour distinguer l’énergie noire de la »gravité noire«  », conclut Barausse.

((Traduction totalement bénévole sans retombées économiques pour ce site))