Bien que la matière noire soit un élément central du modèle cosmologique standard, elle n’est pas sans poser de problèmes. Il continue d’y avoir des mystères tenaces à propos de la substance, dont le moindre n’est pas le fait que les scientifiques n’en ont trouvé aucune preuve directe par des particules.
Malgré de nombreuses recherches, nous n’avons pas encore détecté de particules de matière noire. Certains astronomes privilégient donc une alternative, comme la dynamique newtonienne modifiée (MoND) ou le modèle de gravité modifié. Et une nouvelle étude de la rotation galactique semble les soutenir.
L’idée de MoND a été inspirée par la rotation galactique. La majeure partie de la matière visible dans une galaxie est regroupée au milieu, vous vous attendez donc à ce que les étoiles plus proches du centre aient des vitesses orbitales plus rapides que les étoiles plus éloignées, comme les planètes de notre système solaire. Ce que nous observons, c’est que les étoiles d’une galaxie tournent toutes à peu près à la même vitesse. La courbe de rotation est essentiellement plate plutôt que de tomber. La solution de la matière noire est que les galaxies sont entourées d’un halo de matière invisible, mais en 1983, Mordehai Milgrom a soutenu que notre modèle gravitationnel devait être faux.
Aux distances interstellaires, l’attraction gravitationnelle entre étoiles est essentiellement newtonienne. Ainsi, plutôt que de modifier la relativité générale, Milgrom a proposé de modifier la loi universelle de la gravité de Newton. Il a fait valoir que plutôt que la force d’attraction en tant que relation carrée inverse pure, la gravité a une petite attraction résiduelle quelle que soit la distance. Ce reste ne représente qu’environ 10 billionièmes de G, mais c’est suffisant pour expliquer les courbes de rotation galactique.
Bien sûr, le simple fait d’ajouter un petit terme à la gravité de Newton signifie que vous devez également modifier les équations d’Einstein. Ainsi, MoND a été généralisé de diverses manières, comme AQUAL, qui signifie « un lagrangien quadradique ». AQUAL et le modèle LCDM standard peuvent expliquer les courbes de rotation galactique observées, mais il existe quelques différences subtiles.
C’est là qu’une étude récente entre en jeu. Une différence entre AQUAL et LCDM réside dans les vitesses de rotation des étoiles en orbite interne par rapport aux étoiles en orbite externe. Pour LCDM, les deux doivent être régis par la distribution de la matière, de sorte que la courbe doit être lisse. AQUAL prédit un petit coude dans la courbe en raison de la dynamique de la théorie. C’est trop petit pour être mesuré dans une seule galaxie, mais statistiquement, il devrait y avoir un petit décalage entre les distributions de vitesse intérieure et extérieure.
L’auteur de cet article a donc examiné les courbes de vitesse à haute résolution de 152 galaxies, telles qu’observées dans la base de données Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC). Il a trouvé une relève en accord avec AQUAL. Les données semblent soutenir la gravité modifiée par rapport à la cosmologie standard de la matière noire.
Le résultat est passionnant, mais il ne renverse pas définitivement la matière noire. Le modèle AQUAL a ses propres problèmes, comme son désaccord avec la lentille gravitationnelle observée par les galaxies. Mais c’est une victoire pour la théorie de l’outsider, qui a des astronomes acclamant « Vive le MoND! »
La recherche est publiée sur le arXiv serveur de préimpression.
Plus d’information:
Kyu-Hyun Chae, Distinguer la matière noire, la gravité modifiée et l’inertie modifiée avec les parties intérieure et extérieure des courbes de rotation galactique, arXiv (2022). DOI : 10.48550/arxiv.2207.11069