La découverte ne peut pas être expliquée par des hypothèses classiques —

Dans leurs travaux, les chercheurs ont étudié les amas d’étoiles dits ouverts. Celles-ci se forment lorsque des milliers d’étoiles naissent en peu de temps dans un énorme nuage de gaz. Alors qu’ils “s’enflamment”, les nouveaux venus galactiques emportent les restes du nuage de gaz. Dans le processus, le cluster s’agrandit considérablement. Cela crée une formation lâche de plusieurs dizaines à plusieurs milliers d’étoiles. Les faibles forces gravitationnelles agissant entre elles maintiennent la cohésion de l’amas.

“Dans la plupart des cas, les amas d’étoiles ouverts ne survivent que quelques centaines de millions d’années avant de se dissoudre”, explique le professeur Pavel Kroupa de l’Institut Helmholtz de physique nucléaire et de rayonnement de l’Université de Bonn. Dans le processus, ils perdent régulièrement des étoiles, qui s’accumulent dans deux soi-disant « queues de marée ». L’une de ces queues est tirée derrière l’amas lorsqu’il voyage dans l’espace. L’autre, au contraire, prend la tête comme un fer de lance.

“Selon les lois de la gravité de Newton, c’est une question de chance dans laquelle des queues une étoile perdue se retrouve”, explique le Dr Jan Pflamm-Altenburg de l’Institut Helmholtz de rayonnement et de physique nucléaire. “Ainsi, les deux queues devraient contenir à peu près le même nombre d’étoiles. Cependant, dans notre travail, nous avons pu prouver pour la première fois que ce n’est pas vrai : dans les amas que nous avons étudiés, la queue avant contient toujours beaucoup plus d’étoiles à proximité de la cluster que la queue arrière.”

Nouvelle méthode développée pour compter les étoiles

Jusqu’à présent, il était quasiment impossible de déterminer parmi les millions d’étoiles proches d’un amas celles qui appartenaient à ses queues. “Pour ce faire, vous devez examiner la vitesse, la direction du mouvement et l’âge de chacun de ces objets”, explique le Dr Tereza Jerabkova. La co-auteur de l’article, qui a fait son doctorat dans le groupe de Kroupa, a récemment quitté l’Agence spatiale européenne (ESA) pour l’Observatoire européen austral à Garching. Elle a développé une méthode qui lui a permis de compter avec précision les étoiles dans les queues pour la première fois. “Jusqu’à présent, cinq grappes ouvertes ont été étudiées près de nous, dont quatre par nous”, dit-elle. “Lorsque nous avons analysé toutes les données, nous avons rencontré la contradiction avec la théorie actuelle. Les données d’enquête très précises de la mission spatiale Gaia de l’ESA étaient indispensables pour cela.”

Les données d’observation, en revanche, cadrent beaucoup mieux avec une théorie qui passe par l’acronyme MOND (“MOdified Newtonian Dynamics”) chez les experts. “En termes simples, selon MOND, les étoiles peuvent quitter un amas par deux portes différentes”, explique Kroupa. “L’un mène à la queue de marée arrière, l’autre à l’avant. Cependant, le premier est beaucoup plus étroit que le second – il est donc moins probable qu’une étoile quitte l’amas à travers elle. La théorie de la gravité de Newton, d’autre part , prédit que les deux portes doivent avoir la même largeur.”

Les amas d’étoiles ont une durée de vie plus courte que ne le prédisent les lois de Newton

L’équipe a calculé la distribution stellaire attendue selon MOND. “Les résultats correspondent étonnamment bien aux observations”, souligne le Dr Ingo Thies, qui a joué un rôle clé dans les simulations correspondantes. “Cependant, nous avons dû recourir à des méthodes de calcul relativement simples pour ce faire. Nous manquons actuellement d’outils mathématiques pour des analyses plus détaillées de la dynamique newtonienne modifiée.” Néanmoins, les simulations ont également coïncidé avec les observations à un autre égard : elles ont prédit combien de temps les amas d’étoiles ouverts devraient généralement survivre. Et ce laps de temps est nettement plus court que ce à quoi on pourrait s’attendre selon les lois de Newton. “Cela explique un mystère connu de longue date”, souligne Kroupa. “À savoir, les amas d’étoiles dans les galaxies proches semblent disparaître plus rapidement qu’ils ne le devraient.”

Cependant, la théorie MOND n’est pas incontestée parmi les experts. Étant donné que les lois de la gravité de Newton ne seraient pas valides dans certaines circonstances, mais devraient être modifiées, cela aurait également des conséquences considérables pour d’autres domaines de la physique. “Là encore, cela résout bon nombre des problèmes auxquels la cosmologie est confrontée aujourd’hui”, explique Kroupa, qui est également membre des domaines de recherche transdisciplinaires “Modélisation” et “Matière” de l’Université de Bonn. L’équipe explore maintenant de nouvelles méthodes mathématiques pour des simulations encore plus précises. Ils pourraient ensuite être utilisés pour trouver d’autres preuves quant à savoir si la théorie MOND est correcte ou non.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université de Bonn. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.