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La gravité modifiée émerge comme principale explication de la matière noire suite aux nouvelles mesures de rotation de la galaxie

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La matière noire est un composant fondamental du modèle cosmologique standard, mais ses mystères restent non résolus. L’une des plus grandes énigmes est le manque de preuves directes de l’existence de particules de matière noire, malgré de nombreuses recherches. Certains astronomes ont proposé des théories alternatives, telles que la dynamique newtonienne modifiée (MoND) ou des modèles de gravité modifiés, pour expliquer les observations. Une étude récente sur la rotation galactique semble apporter un soutien à ces théories alternatives.

Même si matière noire est un élément central du modèle cosmologique standard, ce 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 Dynamique newtonienne modifiée (MoND) ou 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. Nous observons 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.

Courbe de rotation de la galaxie spirale typique M33 (points jaunes et bleus avec barres d’erreur) et celle prédite à partir de la distribution de la matière visible (ligne blanche). L’écart entre les deux courbes s’explique par l’ajout d’un halo de matière noire entourant la galaxie.

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 qu’au lieu que la force d’attraction soit une pure relation carrée inverse, la gravité a un petit résidu d’attraction quelle que soit la distance. Ce reste n’est que d’environ 10 trillionièmes de gee, 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. Donc MoND a été généralisé de diverses manières, comme AQUAL, qui signifie A Quadradic Lagrangian. AQUAL et le modèle LCDM standard peuvent expliquer les courbes de rotation galactique observées, mais il existe quelques différences subtiles.

Décalage mesuré entre les mouvements stellaires intérieurs et extérieurs. Crédit : Kyu-Hyun Chae

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. Votre modèle AQUAL a ses propres problèmes, tels que 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! »

Référence : « Distinguishing Dark Matter, Modified Gravity, and Modified Inertia with the Inner and Outer Parts of Galactic Rotation Curves » par Kyu-Hyun Chae, 12 décembre 2022, Le Journal Astrophysique.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac93fc


Initialement publié le Univers aujourd’hui.

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