Les étoiles à neutrons nous diront si elles ne sont qu’une illusion

Une énorme quantité d’énergie noire mystérieuse est nécessaire pour expliquer les phénomènes cosmiques, tels que l’accélération de l’expansion de l’univers, en utilisant la théorie d’Einstein. Et si l’énergie noire était une illusion et que la relativité générale devait être modifiée ? Une nouvelle étude SISSA, publiée dans Lettres d’examen physiqueUne nouvelle façon de répondre à cette question. Grâce à des efforts informatiques et mathématiques massifs, les scientifiques ont produit les toutes premières simulations de fusion d’étoiles à neutrons binaires dans des théories au-delà de la relativité générale qui reproduisent un comportement semblable à celui de l’énergie noire à des échelles cosmiques. Cela permet de comparer la théorie d’Einstein et ses versions modifiées, et avec des données suffisamment précises, cela peut résoudre le mystère de l’énergie noire.

Il y a environ 100 ans, la relativité générale a très bien réussi à décrire la gravité sur une variété de systèmes, et elle a réussi tous les tests expérimentaux sur Terre et dans le système solaire. Cependant, pour expliquer des observations cosmologiques telles que l’accélération de l’expansion observée de l’univers, nous devons introduire des composants sombres, tels que matière noire Et le énergie noirequi reste un mystère.

Enrico Barausse, astrophysicien à la SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) et chercheur principal de la bourse ERC GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) se demande s’il fait noir énergie C’est réel ou, alternativement, cela peut être interprété comme une rupture de notre compréhension de la gravité. Il dit : « L’existence de l’énergie noire peut être une illusion. L’accélération de l’expansion de l’univers peut être causée par une modification inconnue de la relativité générale, une sorte de ‘gravité noire’. »

La fusion d’étoiles à neutrons fournit un cas unique pour tester cette hypothèse car la gravité qui les entoure est poussée à l’extrême. Le scientifique explique que « les étoiles à neutrons sont les étoiles les plus denses qui existent, généralement avec un rayon de seulement 10 kilomètres, mais leurs masses sont une ou deux fois supérieures à la masse de notre Soleil ». « Cela rend la gravité et l’espace-temps autour d’eux extrêmes, permettant une production abondante d’ondes gravitationnelles lorsque deux d’entre elles entrent en collision. Nous pouvons utiliser les données obtenues lors de tels événements pour étudier le fonctionnement de la gravité et tester Einstein. » théorie dans une nouvelle fenêtre ».

Dans cette étude publiée dans Lettres d’examen physiqueLes scientifiques de SISSA, en collaboration avec des physiciens de l’Universitat de les Illes Balears à Palma de Majorque, ont produit les premières simulations de fusion binaire étoiles à neutrons Dans Modified Theories of Gravity Relevant to Cosmology : « Ce type de simulation est très difficile », explique Miguel Pezares, premier auteur de l’article, « en raison de la nature non linéaire du problème. Cela nécessite d’énormes efforts de calcul – des mois de fonctionnement dans des superordinateurs – cela est devenu également possible grâce à l’accord entre SISSA et le consortium CINECA ainsi que les nouvelles formules mathématiques que nous avons développées. Celles-ci ont représenté des obstacles majeurs pendant de nombreuses années jusqu’à notre première simulation.

Grâce à cette simulation, les chercheurs ont enfin pu comparer relativité générale et gravité modifiée. Étonnamment, nous avons trouvé que l’hypothèse de la «gravité noire» était tout aussi bonne relativité générale En expliquant les données obtenues par les interféromètres LIGO et Virgo lors de collisions binaires entre étoiles à neutrons. En fait, les différences entre les deux théories dans ces systèmes sont très subtiles, mais elles peuvent être détectées par des interféromètres gravitationnels de nouvelle génération, tels que le télescope Einstein en Europe et Cosmic Explorer aux États-Unis, et cela ouvre la possibilité passionnante d’utiliser les ondes gravitationnelles pour la discrimination. Entre énergie noire et « ténèbres la gravité‘ conclut Barros.