AUCUNE TRACE D'UNE FORCE CACHÉE QUI TORDRAIT LES GALAXIES
Des mesures récentes de l’expansion de l’Univers laissent la place à une énergie noire qui évolue dans le temps, plutôt qu’à une constante cosmologique fixe. Une explication proposée : l’énergie noire interagit avec la matière noire. Cela briserait un pilier de la physique, le principe d’équivalence, selon lequel tout tombe de la même façon, mais seulement dans le secteur sombre.
De tels modèles produisent une cinquième force qui n’agit que sur la matière noire. Les tests de laboratoire du principe d’équivalence atteignent une précision de 10⁻¹³ à 10⁻¹⁵, mais par construction ils ne peuvent pas voir une force qui ignore la matière ordinaire. Les meilleures limites venaient jusqu’ici de la cosmologie, à quelques millièmes de la gravité, et certaines lectures des dernières données favorisent même une force de cette taille.
Un disque laissé en arrière
Harry Desmond (université de Portsmouth) et Pedro G. Ferreira (université d’Oxford) la cherchent à l’intérieur des galaxies. Une galaxie spirale est un disque d’étoiles et de gaz posé dans un halo de matière noire bien plus grand. Si une cinquième force tire le halo vers les structures voisines, mais pas les étoiles, le halo prend de l’avance et le disque reste en arrière, de quelques dizaines de parsecs.
Le disque reste lié au halo, mais la force de rappel du halo faiblit vers l’extérieur. Les étoiles du bord doivent donc se décaler davantage que celles du centre, et le disque se courbe en U, une coupe qui s’ouvre à l’opposé de la force. La profondeur de la coupe est exactement proportionnelle à l’intensité de la force.
Comment une force agissant sur la seule matière noire courbe un disque : le halo est tiré (flèche verte), le disque se stabilise décentré et se creuse en U. — Figure 1, Desmond & Ferreira (2026), arXiv:2610.24618, CC BY 4.0.
Des milliers de disques vus par la tranche
Le gauchissement prédit est bien trop petit pour être vu dans une seule galaxie, et les vraies galaxies sont tordues par bien des causes ordinaires. Le test est donc statistique. Les auteurs ont mesuré la ligne médiane de 3 968 disques vus par la tranche sur les images du Sloan Digital Sky Survey, avec une mesure qui ne réagit qu’aux courbures en U et ignore les gauchissements en S, fréquents chez les spirales.
À partir d’une carte de la matière de l’Univers local, jusqu’à 290 mégaparsecs, ils ont calculé pour chaque galaxie la direction et l’intensité de la cinquième force qu’elle subirait. Si la force existait, les gauchissements s’aligneraient sur ces prédictions.
Ce n’est pas le cas. Les gauchissements mesurés ne montrent aucune trace de la corrélation prédite, et penchent même très légèrement dans l’autre sens, un effet que les auteurs attribuent presque entièrement à une seule galaxie dont l’image garde une étoile d’avant-plan.
Une limite trois fois plus serrée
Le résultat est une limite supérieure : la cinquième force doit être plus faible que 7,7 × 10⁻⁴ de la gravité (crédibilité de 95 %) pour des portées de 8 mégaparsecs et plus. Après avoir testé quinze variantes de leurs hypothèses, les auteurs retiennent une limite prudente de 1,7 × 10⁻³.
Région exclue (grise) pour l’intensité d’une force du secteur sombre en fonction de sa portée ; à droite, le cas d’une portée infinie, où plusieurs valeurs préférées par des ajustements des données DESI (bleu, violet) se trouvent au-dessus de la nouvelle limite. — Figure 3, Desmond & Ferreira (2026), arXiv:2610.24618, CC BY 4.0.
Pour une portée pratiquement infinie, même la limite prudente est trois fois plus forte que la meilleure borne cosmologique, et 43 à 360 fois plus forte que les tests astrophysiques antérieurs. Elle défavorise, à environ 2 à 3 sigma, les couplages préférés par plusieurs ajustements récents de l’énergie noire interagissante aux données du relevé DESI.
Les deux approches se complètent. Les limites cosmologiques dépendent du comportement du champ au fil de l’histoire cosmique ; le test des gauchissements mesure la force qui agit sur la matière noire aujourd’hui. Aux portées intermédiaires, une analyse cosmologique du modèle le plus simple donne encore une borne plus serrée que la limite prudente obtenue ici.
Les portes de sortie
Une théorie pourrait encore cacher la force à l’intérieur des galaxies par un mécanisme d’« écrantage ». Les auteurs montrent que les formes d’écrantage courantes n’y parviennent pas tout en gardant une force utile à la cosmologie. Deux options plus exotiques, l’écrantage de Vainshtein et un couplage dit disformel, restent ouvertes et sont laissées à de futurs travaux. D’ici là, ils proposent que les ajustements d’énergie noire interagissante prennent 1,7 × 10⁻³ de la gravité comme plafond.