Une étude de l’Université de Bonn : Les observations s’accordent mal avec le modèle standard de la cosmologie.
Le modèle standard de la cosmologie décrit comment l’univers est né, selon l’opinion de la plupart des physiciens. Des chercheurs de l’Université de Bonn ont étudié l’évolution des galaxies dans le cadre de ce modèle et ont constaté des divergences considérables avec les observations réelles. L’université de St Andrews en Écosse et l’université Charles en République tchèque ont également participé à l’étude. Les résultats ont été publiés dans la revue Astrophysical Journal.
La plupart des galaxies visibles depuis la Terre ressemblent à un disque plat dont le centre est épaissi. Elles sont donc semblables à l’équipement sportif d’un lanceur de disque. Cependant, selon le modèle standard de la cosmologie, de tels disques devraient se former assez rarement. En effet, dans ce modèle, chaque galaxie est entourée d’un halo de matière noire. Ce halo est invisible, mais exerce une forte attraction gravitationnelle sur les galaxies proches en raison de sa masse. “C’est pourquoi nous voyons sans cesse des galaxies fusionner les unes avec les autres dans l’univers modèle”, explique le professeur Pavel Kroupa, de l’Institut Helmholtz de physique nucléaire et de rayonnement de l’Université de Bonn.
Pavel Kroupa (à gauche) et Moritz Haslbauer (à droite) avec une projection de la galaxie d’Andromède. Crédit : Volker Lannert/Université de Bonn
Ce choc a deux effets, explique le physicien : “Premièrement, les galaxies pénètrent dans le processus, détruisant la forme du disque. Deuxièmement, il réduit le moment angulaire de la nouvelle galaxie créée par la fusion.” En clair, cela diminue fortement sa vitesse de rotation. Le mouvement de rotation garantit normalement que les forces centrifuges agissant au cours de ce processus provoquent la formation d’un nouveau disque. Cependant, si le moment angulaire est trop faible, un nouveau disque ne se formera pas du tout.
Grand écart entre la prédiction et la réalité
Dans l’étude actuelle, Moritz Haslbauer, doctorant de Kroupa, a dirigé un groupe de recherche international pour étudier l’évolution de l’univers à l’aide des dernières simulations sur superordinateur. Les calculs sont basés sur le modèle standard de la cosmologie ; ils montrent quelles galaxies auraient dû se former à ce jour si cette théorie était correcte. Les chercheurs ont ensuite comparé leurs résultats avec ce qui est actuellement probablement les données d’observation les plus précises de l’Univers réel visible depuis la Terre.
“Nous avons rencontré ici un écart important entre la prédiction et la réalité”, déclare Haslbauer : “Il y a apparemment beaucoup plus de galaxies à disque plat que ce que la théorie peut expliquer.” Cependant, la résolution des simulations est limitée, même sur les superordinateurs d’aujourd’hui. Il se peut donc que le nombre de galaxies à disque qui se formeraient dans le modèle standard de la cosmologie ait été sous-estimé. “Toutefois, même si l’on tient compte de cet effet, il reste une différence sérieuse entre la théorie et l’observation, à laquelle il est impossible de remédier”, souligne M. Haslbauer.
La situation est différente pour une alternative au modèle standard, qui se passe de la matière noire. Selon la théorie dite MOND (l’acronyme signifie “MilgrOmiaN Dynamics”), les galaxies ne grandissent pas en fusionnant les unes avec les autres. Au contraire, elles se forment à partir de nuages de gaz en rotation qui se condensent de plus en plus. Dans un univers MOND, les galaxies grandissent également en absorbant le gaz de leur environnement. Cependant, les fusions de galaxies adultes sont rares dans MOND. “Notre groupe de recherche à Bonn et à Prague a mis au point des méthodes uniques pour effectuer des calculs dans le cadre de cette théorie alternative”, explique M. Kroupa, qui est également membre des unités de recherche transdisciplinaires “Modélisation” et “Matière” de l’université de Bonn. “Les prédictions de MOND sont cohérentes avec ce que nous voyons réellement”.
Défi pour le modèle standard
Cependant, les mécanismes exacts de la croissance des galaxies ne sont pas encore totalement compris, même avec MOND. De plus, dans MOND, les lois de la gravité de Newton ne s’appliquent pas dans certaines circonstances, mais doivent être remplacées par les lois correctes. Cela aurait des conséquences considérables pour d’autres domaines de la physique. “Néanmoins, la théorie MOND résout tous les problèmes cosmologiques extragalactiques connus, bien qu’elle ait été formulée à l’origine pour traiter uniquement des galaxies”, explique le Dr Indranil Banik, qui a participé à cette recherche. “Notre étude prouve que les jeunes physiciens d’aujourd’hui ont encore la possibilité d’apporter des contributions significatives à la physique fondamentale”, ajoute M. Kroupa.
Référence : ” La forte proportion de galaxies à disque mince continue de défier le ΛCDM “.Cosmologie” par Moritz Haslbauer, Indranil Banik, Pavel Kroupa, Nils Wittenburg et Behnam Javanmardi, 4 février 2022, Journal d’astrophysique.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac46ac
