La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein a été confirmée à l'échelle cosmique par des astrophysiciens qui ont analysé comment la lumière provenant de lointains amas de galaxies est affectée par la gravitation. Hasard du calendrier, la publication de cette étude survient quelques jours seulement après l'annonce d'une découverte qui jette une ombre sur la théorie d'Einstein. Une équipe internationale de physiciens a en effet observé des neutrinos, particules élémentaires de la matière, se déplaçant à une vitesse légèrement supérieure à celle de la lumière, pourtant considérée comme une "limite infranchissable" dans la théorie de la relativité.
Bien avant cette observation de neutrinos plus rapides que de raison, Radek Wojtak (Dark Cosmology Centre, Université de Copenhague) et ses collègues ont voulu confirmer la théorie d'Einstein en analysant la lumière qui nous parvient de galaxies situées au sein de quelque 8.000 amas abritant chacun des milliers de galaxies. La gravité, qui assure la cohésion de l'amas, laisse aussi son empreinte sur la lumière que chacune de ces galaxies émet dans l'espace, selon l'étude publiée récemment dans la revue scientifique britannique Nature.
D'après la théorie d'Einstein, la fréquence de la lumière est ralentie et sa longueur d'onde allongée sous l'effet de la gravitation. Il en résulte un décalage du spectre lumineux vers le rouge ("redshift") gravitationnel, différent de celui dû à l'éloignement des galaxies. En comparant la longueur d'onde de la lumière provenant des galaxies situées au coeur des amas, là où la gravité est la plus forte, à celle issue de galaxies situées à la périphérie, l'équipe d'astrophysiciens a pu mesurer "de petites différences dans leur redshift", selon Radek Wojtak. "Nous avons pu voir que la lumière des galaxies situées au milieu d'un amas +peine+ à sortir du champ gravitationnel, alors que la lumière des galaxies périphériques émerge plus facilement", explique-t-il dans un communiqué.
Après avoir calculé la masse de chaque amas, les astrophysiciens ont utilisé la théorie de la relativité générale pour évaluer le "redshift gravitationnel" des galaxies selon leur position au sein de l'amas. Ces "calculs théoriques" du redshift gravitationnel se sont avérés "en complet accord avec les observations", souligne M. Wojtak. Le décalage de la lumière vers le rouge varie "proportionnellement en fonction de l'influence gravitationnelle de la gravité de l'amas", ajoute-t-il. "Nos observations confirment ainsi la théorie de la relativité", relève-t-il. Des tests avaient déjà été conduits à l'échelle du système solaire ou de quelques étoiles. Maintenant, elle a été "testée à l'échelle cosmique et cela confirme que la théorie de la relativité générale fonctionne", conclut le chercheur.
L'équipe d'astrophysiciens a aussi comparé les résultats obtenus avec les prédictions de plusieurs modèles cosmologiques. M. Wojtak fait état de "fortes indications de la présence d'une énergie sombre", responsable de l'accélération de l'expansion de l'univers, sans exclure toutefois une théorie l'expliquant autrement. Selon des calculs fondés sur la relativité générale, une énergie sombre de nature inconnue représenterait 72 % du contenu de l'univers. Une mystérieuse matière noire, invisible, en constituerait 23 %, en sus des quelque 5 % dus à la matière visible : étoiles, planètes, règne du vivant compris.
