Braneworld défie la relativité générale d'Einstein. Cliquez pour agrandir
Les scientifiques sont intrigués depuis des années par la possibilité qu'il existe des dimensions supplémentaires au-delà des trois que nous, les humains, pouvons comprendre. Désormais, les chercheurs des universités Duke et Rutgers pensent qu’il existe un moyen de tester la théorie de la gravité à cinq dimensions (4 dimensions spatiales plus le temps) qui rivalise avec la théorie générale de la relativité d’Einstein. Cette dimension supplémentaire devrait avoir des effets dans le cosmos qui seront détectables par des satellites dont le lancement est prévu dans les prochaines années.
Les scientifiques des universités Duke et Rutgers ont développé un cadre mathématique qui, selon eux, permettra aux astronomes de tester une nouvelle théorie de la gravité à cinq dimensions qui rivalise avec la théorie générale de la relativité d'Einstein.
Charles R. Keeton de Rutgers et Arlie O. Petters de Duke fondent leurs travaux sur une théorie récente appelée modèle de gravité du monde braneworld de type II Randall-Sundrum. La théorie soutient que l'univers visible est une membrane (donc «monde de bran») incorporée dans un univers plus grand, un peu comme un brin d'algues filmeuses flottant dans l'océan. L '«univers braneworld» a cinq dimensions - quatre dimensions spatiales plus le temps - par rapport aux quatre dimensions - trois spatiales, plus le temps - énoncées dans la théorie générale de la relativité.
Le cadre développé par Keeton et Petters prédit certains effets cosmologiques qui, s'ils sont observés, devraient aider les scientifiques à valider la théorie du monde des sons. Les observations, ont-ils dit, devraient être possibles avec le lancement prévu de satellites dans les prochaines années.
Si la théorie du monde de bran s'avérait vraie, «cela bouleverserait l'applecart», a déclaré Petters. "Cela confirmerait qu'il y a une 4ème dimension dans l'espace, ce qui créerait un changement philosophique dans notre compréhension du monde naturel."
Les résultats des scientifiques ont été publiés le 24 mai 2006 dans l’édition en ligne de la revue Physical Review D. Keeton est professeur d’astronomie et de physique à Rutgers, et Petters est professeur de mathématiques et de physique à Duke. Leur recherche est financée par la National Science Foundation.
Le modèle de braneworld Randall-Sundrum - du nom de ses auteurs, les physiciens Lisa Randall de l'Université Harvard et Raman Sundrum de l'Université Johns Hopkins - fournit une description mathématique de la façon dont la gravité façonne l'univers qui diffère de la description offerte par la théorie générale de la relativité.
Keeton et Petters se sont concentrés sur une conséquence gravitationnelle particulière de la théorie du monde du son qui la distingue de la théorie d'Einstein.
La théorie de braneworld prédit que des «trous noirs» relativement petits créés dans le premier univers ont survécu jusqu'à nos jours. Les trous noirs, avec une masse semblable à un minuscule astéroïde, feraient partie de la «matière noire» de l'univers. Comme son nom l'indique, la matière noire n'émet ni ne réfléchit la lumière, mais exerce une force gravitationnelle.
La théorie générale de la relativité, d'autre part, prédit que ces trous noirs primordiaux n'existent plus, car ils se seraient évaporés maintenant.
"Quand nous avons estimé à quelle distance les trous noirs du monde des braneworld pourraient être de la Terre, nous avons été surpris de constater que les plus proches se trouveraient bien à l'intérieur de l'orbite de Pluton", a déclaré Keeton.
Petters a ajouté: "Si les trous noirs de Braneworld forment même 1% de la matière noire dans notre partie de la galaxie - une hypothèse prudente - il devrait y avoir plusieurs milliers de trous noirs de Braneworld dans notre système solaire."
Mais les trous noirs de Braneworld existent-ils vraiment - et constituent-ils donc une preuve de la théorie du Braneworld 5-D?
Les scientifiques ont montré qu'il devrait être possible de répondre à cette question en observant les effets qu'exerceraient les trous noirs de braneworld sur le rayonnement électromagnétique voyageant vers la Terre en provenance d'autres galaxies. Tout rayonnement de ce type passant près d'un trou noir sera soumis à l'action des énormes forces gravitationnelles de l'objet - un effet appelé «lentille gravitationnelle».
"Un bon endroit pour rechercher des lentilles gravitationnelles par les trous noirs de Braneworld est dans les rafales de rayons gamma venant sur Terre", a déclaré Keeton. On pense que ces sursauts gamma sont produits par d'énormes explosions dans tout l'univers. De telles explosions de l'espace ont été découvertes par inadvertance par l'US Air Force dans les années 1960.
Keeton et Petters ont calculé que les trous noirs de Braneworld entraveraient les rayons gamma de la même manière qu'un rocher dans un étang obstrue les ondulations qui passent. La roche produit un «motif d'interférence» dans son sillage dans lequel certains pics d'ondulation sont plus élevés, certains creux sont plus profonds, et certains pics et creux s'annulent. Le motif d'interférence porte la signature des caractéristiques de la roche et de l'eau.
De même, un trou noir de Braneworld produirait un motif d'interférence dans une rafale passante de rayons gamma pendant leur voyage vers la Terre, ont déclaré Keeton et Petters. Les scientifiques ont prédit les «franges» claires et sombres qui en résultent dans le motif d'interférence, ce qui, selon eux, fournit un moyen d'inférer les caractéristiques des trous noirs du monde entier et, à son tour, de l'espace et du temps.
"Nous avons découvert que la signature d'une quatrième dimension de l'espace apparaît dans les modèles d'interférence", a déclaré Petters. "Cette dimension spatiale supplémentaire crée une contraction entre les franges par rapport à ce que vous obtiendriez en relativité générale."
Petters et Keeton ont déclaré qu'il devrait être possible de mesurer les modèles de franges de rayons gamma prévus à l'aide du télescope spatial à grande surface gamma, qui devrait être lancé sur un vaisseau spatial en août 2007. Le télescope est un effort conjoint entre la NASA, le Département américain de l'énergie et institutions en France, en Allemagne, au Japon, en Italie et en Suède.
Les scientifiques ont déclaré que leur prédiction s'appliquerait à tous les trous noirs du monde entier, que ce soit dans notre système solaire ou au-delà.
"Si la théorie du monde-bran est correcte", ont-ils dit, "il devrait y avoir beaucoup, beaucoup plus de trous noirs de monde-bran dans tout l'univers, chacun portant la signature d'une quatrième dimension de l'espace."
Source d'origine: Duke University
