Une étude, dont les résultats intitulés «Constraints on Cosmology and Gravity from the Dynamics of Voids» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf sur arxiv.org, a permis de mettre en évidence de nouvelles contraintes sur la relativité générale à l'aide des vides cosmiques qui sont des zones de l'univers où la densité de matière est très faible.

Relevons tout d'abord que «la matière dans l'univers est organisée dans l'espace en quatre types de structures : amas, murs, filaments, et vides cosmiques». Pour leur part, les vides cosmiques «occupent près de 75% du volume de l'univers». Leur contenu en matière (sombre ou lumineux) «est concentré sur leur bord» de manière prédominante: en effet, «le reste de la matière contenue dans la partie centrale de ces vides est attiré vers cette frontière, ce qui entraîne une diminution de la quantité de matière avec le temps».

Comme «ces vides comportent néanmoins quelques galaxies qui permettent d'illuminer leur comportement dynamique», ces objets peuvent être assimilés à «des 'laboratoires' de choix pour étudier la physique de la gravité ainsi que l'énergie noire».

C'est la raison pour laquelle l'étude ici présentée a employé de nouvelles techniques d'analyse développées depuis une dizaine d'année pour extraire de ces régions particulières de l'univers «des informations cosmologiques, et plus particulièrement des contraintes sur la physique de l'énergie noire».

Plus précisément, «ces techniques s'appuient sur la vitesse apparente totale des galaxies qui s'échappent d'un vide cosmique 'moyen'». Cette vitesse apparente est, en fait, «induite par deux phénomènes physiques»: elle résulte pour une part de «la vitesse d'expansion de l'univers qui dépend de l'éloignement du vide considéré depuis l'observateur (aussi nommé effet Alcock-Paczyński)» et pour une autre part «des mouvements engendrés par le contenu matériel du vide cosmique lui-même, c'est-à-dire principalement l'expulsion de la matière vers la limite du vide (effet Kaiser)».

Cette technique a été appliquée aux galaxies composant le Sloan Digital Sky Survey 3 (SDSS3), «un relevé profond de plus d'un million de galaxies du ciel de l'hémisphère nord». Les mesures des caractéristiques moyennes «des vides cosmiques qui y ont été identifiés» ont permis d'établir «des contraintes sur les paramètres cosmologiques» et le «couplage entre la matière et le champ de gravité».

Ces contraintes, qui «vont au-delà de celles existantes tout en restant complémentaires», donnent «accès à de l'information sur la physique du cosmos à une échelle de l'ordre de quelques dizaines de millions d'années lumières» alors que «les autres indicateurs du champ de gravité en cosmologie s'appuient sur des échelles de l'ordre du milliard d'années lumières (par ex. le fond diffus cosmologique) ou au contraire quelques milliers (par ex. les galaxies)».

De plus, «cette nouvelle méthode permet de tester la gravité dans des environnements isolés et peu denses». Ainsi, les résultats de cette étude confirment «le succès de la relativité générale» (la théorie de la gravitation d'Einstein) à rendre compte des observations.

En ce qui concerne le futur, des «relevés profonds de galaxies (comme Euclid) permettront d'obtenir des contraintes sans précédent sur la relativité dans des régimes encore inexplorés à l'aide des vides cosmiques, notamment grâce aux 50 millions de galaxies et à une couverture en volume 10 fois plus grande».