samedi 8 décembre 2012

Une Relativité Universelle pour faire diparaître Matière Noire, Energie Noire et Inflation...

Pierre Magain, un astrophysicien belge travaillant à l'Université de Liège vient de publier sur le site de preprints Arxiv un modèle cosmologique d'une simplicité désarmante et qui, en 10 petites pages, résout à la fois :
- le problème de la platitude de l'Univers : plus besoin d'inflation,
- le problème de la matière noire : plus besoin de masse manquante dans les amas de galaxies,
- le problème des galaxies qui manquent de temps pour se former dans l'univers très jeune,
- le problème de l'énergie noire : plus besoin d'ajouter quelque chose pour avoir une expansion accélérée !...

Sa théorie est très simple, trop simple ? Il l'appelle la Relativité Universelle.

L'unique hypothèse sur laquelle repose cette théorie cosmologique est la suivante : le temps qui s'écoule pour un observateur situé quelque part dans l'Univers qui est soumis à des vitesses et des champs de gravitation est un "temps propre" au sens de la relativité einsteinienne. Selon la relativité, le temps propre d'un observateur, lorsqu’il subit une accélération, s'écoule plus lentement par rapport au temps du référentiel, de la même façon que si il est accéléré dans un champ de gravitation.
Pierre Magain
L'hypothèse faite est que l'écoulement du temps pour un observateur dans l'Univers est variable, il est différent de l'écoulement de temps de référence qui apparaît dans les équations de Friedmann-Lemaître.
Par la suite, il calcule quelle est la valeur de cette variation de temps propre pour que l'Univers apparaisse toujours plat pour l'observateur (k=0) (ce qui est mystérieusement observé et qui a conduit à introduire le modèle inflationnaire).
A partir de cette conjecture très simple (la courbure k est forcément égale à 0), Pierre Magain reprend l'équation de Friedmann-Lemaître est déduit la relation entre le flux de temps de référence et le flux de temps propre.


Dans un univers fermé (OMEGA>1), le temps propre tau s'écoule plus vite que le temps de référence t, et inversement dans un univers ouvert. Le cas d'un univers vide (OMEGA=0) donne un écoulement du temps propre nul, ce qui fait dire à Magain que c'est la présence de matière qui produit le temps!... (Un univers vide n'évolue pas... ce qui semble être de bon sens).

Il poursuit sa démonstration en exprimant la constante de Hubble H et la densité OMEGA exprimés en temps propre, en fonction de H et OMEGA exprimés en temps de référence. Les valeurs exprimées en temps propre sont affublées d'un prime et sont les valeurs que nous, observateurs, mesurons.
On obtient OMEGA' = OMEGA².


Nouvelle équation de Friedmann-Lemaître
 
A partir de la valeur assez couramment admise de OMEGA actuelle, qui s'appelle donc OMEGA'0 dans la démonstration et qui vaut 0.0225, on obtient une valeur OMEGA0 (temps de référence) = 0.15.

Connaissant OMEGA0, Magain déduit aisément la relation entre flux de temps propre et flux de temps de référence : ce qui donne un facteur 2.6 entre les deux. Et bien évidemment, ce facteur varie en fonction du facteur d’échelle R, passant de 1 (à R=0) à sa valeur de 2.6  aujourd’hui (à R=1) : dans cette construction théorique, le flux du temps de référence, celui des équations de Friedmann-Lemaitre, était celui du début de l’Univers (à R=0), mais ce flux a ensuite augmenté avec l’expansion : le temps propre pour l’observateur ralentit avec l’expansion dans un Univers ouvert.

Cette variation d’écoulement de temps impacte directement les mesures de vitesses, notamment quand celles-ci sont mesurées à très longue distance (donc à des flux de temps différents). C’est notamment le cas pour les mesures de dispersions de vitesses de galaxies dans les amas de galaxies lointains, qui ont mené à imposer l’existence de grandes quantités de matière noire pour expliquer les vitesses apparemment trop élevées des galaxies dans les amas.

Magain, pour en avoir le cœur net, a effectué des simulations numériques de galaxies dans des amas, en calculant les vitesses pour en déduire la masse manquante, et en appliquant ses relations temps propre/temps de référence en fonction de l’amas considéré. Que trouve-t-il ? Il trouve une masse totalement en accord avec le nombre de galaxies modélisées !
La variation de temps propre permettrait ainsi d’expliquer les mesures de dispersion de vitesse des galaxies dans les amas, attribuées aujourd’hui à la matière noire…
Magnitude=f(z) pour des SN Ia; tirets : modèle standard avec constante cosmo; trait plein : relativité universelle

 Magain calcule ensuite l’âge de l’Univers avec son modèle cosmologique en calculant le facteur d’échelle R en fonction du temps. Il obtient un âge de l’Univers plus grand que celui actuellement obtenu dans le modèle standard : 16,5 milliards d’années au lieu de 13,7 milliards d’années. Comme les galaxies les plus lointaines ont été trouvées à environ 13,3 milliards d’années, il peut sembler étonnant qu’elles aient pu se former en si peu de temps. Un âge un peu plus grand permet de relâcher un peu la contrainte sur la formation des galaxies.

Mais il y a encore mieux. Cela concerne l’énergie noire, ce grand mystère qui tarraude plus d’un cosmologiste depuis plus de 10 ans et la découverte de l’expansion accélérée de l’Univers. Magain applique sa relativité universelle pour tracer la courbe calculée des magnitudes de supernovae Ia en fonction de leur redshift z, et il obtient une courbe qui apparaît tout à fait en accord avec les points observés expérimentalement (sauf un), sans avoir aucunement besoin d’introduire une constante cosmologique ou autre énergie noire dans son équation !...

Cela semble trop beau pour être correct, trop simple… Magain mentionne tout de même quelques points que sa relativité universelle ne permet pas d’expliquer, comme par exemple les vitesses de rotation à l’intérieur des galaxies indiquant un halo de matière noire, ou encore la masse manquante qui est calculée via des lentilles gravitationnelles. Il rappelle que de nouvelles observations sont nécessaires.

Ce qui est extrêmement intéressant néanmoins, c’est de voir que cette théorie est testable vis-à-vis du modèle standard : il « suffit » de pouvoir mesurer des supernovae Ia situées à des grands redshifts, de l’ordre de z=2 : la différence entre le modèle standard "lambdaCDM" et cette "relativité universelle" y est suffisamment importante pour qu’ils puissent être départagés…

Ce serait trop beau, non ?


Référence :
An expanding universe without dark matter and dark energy
Pierre Magain

2 commentaires :

ianux a dit…

Cette théorie se fait attaquer ici : http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/12/07/yes-we-really-really-need-dark-matter/
L'auteur, grand partisan du modèle standard, lui reproche notamment de ne pas expliquer les anisotropies du fond diffus cosmologique et les structures à grande échelle ainsi qu'une prédiction incorrecte de la nucléosynthèse primordiale.

Dr Eric SIMON a dit…

Merci pour ce lien, j'ai regardé ce qui y est dit. Le blogueur en question est très partial, on peut notamment remarquer que dans son papier, Magain ne fait absolument pas de prédictions sur la nucléosynthèse...
D'autre part, je ne voit pas en quoi trouver un âge d'univers de 16,5 milliards d'années au lieu de 13,7 milliards serait gênant.