gravité modifiée contre matière noire

L'interprète sursaute au moindre bruit dans la salle — et une réunion d'une heure s'étire sur deux. Une étoile à neutrons comprime la masse du Soleil dans une sphère de la taille d'une ville, et la matière en son cœur est plus dense que le noyau atomique. Les physiciens ne peuvent pas vérifier sa structure en laboratoire : la pression requise est impossible à créer.

Le manège tourne : plus on s'assoit loin du centre, plus on est emporté vite. Pour les galaxies, on a longtemps pensé la même chose — les étoiles des confins devraient tourner plus lentement que celles proches du centre. Mais dès les années 1970, on a découvert que dans de nombreuses galaxies spirales, la vitesse des étoiles ne chute presque pas avec la distance au centre.

Les étoiles les plus massives ressemblent à des ballons trop gonflés : leur enveloppe ne s’étire plus, elle commence au contraire à laisser échapper rapidement de la matière. À un certain stade, la perte de masse devient si forte que l’étoile cesse d’augmenter en taille.

En août 2019, les détecteurs LIGO et Virgo ont enregistré ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux objets compacts au sein d'une étoile binaire. L'un d'eux pesait 23 masses solaires — un trou noir ordinaire. Le second, 2.5–2.67 M⊙.

Dans les profondeurs du cosmos, la gravité maîtrise l'art du camouflage. Depuis un quart de siècle, les astrophysiciens tentent de percer la nature de l'énergie noire qui accélère l'expansion de l'univers.

Après le Big Bang, la matière noire et la matière ordinaire (principalement de l'hydrogène) se sont séparées en termes de vitesse.

Dans un grand nuage de gaz où naissent les étoiles, les lignes de champ magnétique sont alignées à peu près dans la même direction, comme les fibres d'un morceau de feutre.

Jusqu'ici, les astronomes calculaient la masse des galaxies comme s'il s'agissait de sphères parfaites. Or, une galaxie est une crêpe aplatie. Le nouveau modèle « Perdu et retrouvé » tient compte de la forme réelle : il additionne l'attraction de toutes les parties du disque, et pas seulement du renflement central.

Quand les étoiles aux abords des galaxies tournent plus vite que prévu, on suppose généralement une matière noire cachée. La nouvelle étude s'en passe, de particules invisibles.

Les étoiles aux confins des galaxies tournent étonnamment vite. Selon Newton, plus on s'éloigne du centre, plus le mouvement devrait être lent — comme dans une ronde où les danseurs extérieurs avancent plus doucement.

Une galaxie ressemble à un manège géant : les étoiles et le gaz tournent autour du centre, et la vitesse de leur mouvement révèle la quantité totale de matière dans ce manège. Si nous ne voyions que la matière lumineuse, les parties externes tourneraient plus lentement que ne le montrent les observations.

Au centre de notre Galaxie se trouve un trou noir supermassif autour duquel gravitent des étoiles. Leur mouvement évoque une ronde : certaines filent sur des orbites allongées, d'autres sur des orbites presque circulaires.

Le télescope spatial Gaia a mesuré la vitesse de rotation de plus de cent mille étoiles. Il s'avère que cette vitesse dépend de la température de l'étoile. Pour les étoiles plus froides que 6500 degrés, la surface se déplace à une vitesse de 10 à 20 kilomètres par seconde.

Trois galaxies lointaines tournent comme des manèges géants. Leurs étoiles et leur gaz se déplacent le long de bras spiraux, et la vitesse de ce mouvement permet de calculer la quantité totale de matière dans la galaxie — visible et invisible.