Les étoiles à neutrons nous diront si ce n’est qu’une illusion

Énergie noire : les étoiles à neutrons nous diront si ce n'est qu'une illusion

Fusion simulée d’un binaire d’étoiles à neutrons. Crédit : Miguel Bezares—GRAMS groupe SISSA

Une énorme quantité d’énergie noire mystérieuse est nécessaire pour expliquer les phénomènes cosmologiques, tels que l’expansion accélérée de l’Univers, en utilisant 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 Lettres d’examen physique, propose une nouvelle approche pour répondre à cette question. Grâce à d’énormes efforts informatiques et mathématiques, les scientifiques ont produit la toute première simulation de fusion d’étoiles à neutrons binaires dans des théories au-delà de la relativité générale qui reproduit un comportement semblable à celui de l’énergie noire à des échelles cosmologiques. Cela permet de comparer la théorie d’Einstein et ses versions modifiées et, avec des données suffisamment précises, peut résoudre le mystère de l’énergie noire.

Depuis environ 100 ans maintenant, la relativité générale a très bien réussi à décrire la gravité sur une variété de régimes, passant tous les tests expérimentaux sur Terre et dans le système solaire. Cependant, pour expliquer des observations cosmologiques telles que l’expansion accélérée observée de l’Univers, nous devons introduire des composants sombres, tels que 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 ERC GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) se demande si l’énergie noire est réelle ou, au contraire, si elle peut être interprétée comme une rupture 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, généralement seulement 10 kilomètres de rayon, mais avec une masse comprise entre une ou deux fois la masse de notre Soleil”, explique le scientifique. “Cela rend la gravité et l’espace-temps qui les entourent extrêmes, permettant 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.”

Énergie noire : les étoiles à neutrons nous diront si ce n'est qu'une illusion

Fusion simulée d’un binaire d’étoiles à neutrons. Crédit : Miguel Bezares—GRAMS groupe SISSA

Dans cette étude publiée dans Lettres d’examen physiquedes scientifiques du SISSA, en collaboration avec des physiciens de l’Universitat de les Illes Balears à Palma de Majorque, ont produit la première simulation de fusion d’étoiles à neutrons binaires dans les théories de la gravité modifiée pertinentes pour la cosmologie : “Ce type de simulations est extrêmement difficile”, précise 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 de fonctionnement dans des superordinateurs – qui a également été rendu possible par l’accord entre le consortium SISSA et CINECA ainsi que de nouvelles mathématiques formulations que nous avons développées. Celles-ci ont représenté des obstacles majeurs pendant de nombreuses années jusqu’à notre première simulation.”

Grâce à ces simulations, les chercheurs peuvent enfin comparer relativité générale et gravité modifiée. “Étonnamment, nous avons constaté que l’hypothèse de la” gravité noire “est aussi bonne que la relativité générale pour expliquer les données acquises par les interféromètres LIGO et Virgo lors des collisions passées d’étoiles à neutrons binaires. En effet, les différences entre les deux théories dans ces systèmes sont assez subtiles. , mais ils peuvent être détectables 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 faire la distinction entre l’énergie noire et la “gravité sombre””, conclut Barausse.


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Plus d’information:
Miguel Bezares et al, Aucune preuve de dépistage cinétique dans les simulations de fusion d’étoiles à neutrons binaires au-delà de la relativité générale, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.091103

Fourni par l’École internationale d’études avancées (SISSA)

citation: Énergie noire : les étoiles à neutrons nous diront si ce n’est qu’une illusion (3 mars 2022) récupéré le 3 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-dark-energy-neutron-stars-illusion.html

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