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8 mai 2014
par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin

Pourquoi la théorie de la gravité modifiée (MOND) peine-t-elle
tellement pour être reconnue ?



Newton,
Isaac Newton (à gauche), Albert Enstein (à droite).
Au centre, Mordehai Milgrom


Dans un entretien publié par le NewScientist du 3 mai 2014, p. 26, le scientifique israélien Mordehai Milgrom(1) constate avec beaucoup de philosophie que l'hypothèse, ou plus exactement la théorie de la Gravité Modifiée (MOND, Theory of Modiified Nextonian Dynamics) qu'il avait fait connaître dès 1981 n'avait jusqu'à des époques récentes que rencontré le scepticisme. Aujourd'hui, quelques cosmologistes s'y intéressent davantage, mais cela n'est pas encore le grand succès. Il convient de se demander pourquoi. En effet, cette théorie apporte une solution élégante, et semble-t-il démontrée, au casse-tête de la matière noire, dont aucune preuve incontestable, telle l'observation d'une seule particule d'une telle matière n'a jusqu'ici été apportée.

On ne confondra évidemment pas la matière noire avec l'énergie noire. Celle-ci désigne une force répulsive, constatée mais non encore expliquée, qui provoquerait une expansion accélérée de l'univers, contrairement aux prévisions selon laquelle l'univers, après le Big Bang et la supposée Grande Inflation, devrait cesser de se dilater, voire commencer à se rétrécir.

Le problème à résoudre

La matière noire a été imaginée par Milgrom pour résoudre un problème que chaque astronome peut constater. Dans les galaxies spirales, les étoiles périphériques qui devraient progressivement se rapprocher du centre galactique vu la forte attractivité gravitationnelle de ce centre, semblent s'en éloigner. Plus exactement, les plus éloignées de ces étoiles devraient spiraler autour du centre à une vitesse d'autant plus réduite qu'elles en sont éloignées. En effet, selon la loi de Newton, la force de gravité diminue d'autant plus rapidement que l'on s'éloigne du centre gravitationnel. Si je lance une pomme depuis la navette spatiale, elle retombera sur Terre bien plus lentement que si je l'avais lancée de mon jardin.

Vitesse de l'étoile attendue et obersvée
Vitesse de l'étoile attendue (A) et observée (B)
comme fonction de la distance du centre galactique

Or ce n'est pas le cas concernant les galaxies. La vitesse orbitale des étoiles éloignées du centre semble plus grande que celle des étoiles proches. Ceci pourrait d'ailleurs expliquer la forme en spirale de ces galaxies. Observons que dans les galaxies globulaires, le même phénomène est difficilement observable, compte tenu de la difficulté à identifier la vitesse orbitale des étoiles, les unes par rapport aux autres.

L'explication de ce phénomène, explication devenue presque canonique aujourd'hui, est que chaque galaxie est incluse dans un nuage de matière noire, très dense mais invisible, qui exercerait une force de gravité bien supérieure à celle qui devrait résulter de la masse des étoiles visibles. Ce nuage générerait aux frontières extérieures de la galaxie une force d'attraction suffisamment énergique pour les empêcher de s'éloigner du centre.

Mais, comme le remarque Mordehai Milgrom, pour modéliser la forme précise de chaque galaxies, forme qui diffère profondément d'une galaxie à l'autre, il faudrait imaginer que chaque galaxie bénéficie d'une quantité spécifique de matière noire, elle-même distribuée de façon spécifique. On serait loin de la belle harmonie imaginée par Newton.

Selon la MOND au contraire, il faudrait imaginer que les galaxies obéissent à des lois gravitationnelles différentes de celles résultant de la gravitation de Newton. Point ne serait besoin alors de faire appel à une hypothétique matière noire pour expliquer les différences de forme entre les galaxies spirales. La vitesse "excessive" des étoiles situées à la périphérie d'une galaxie pourrait être due soit à une nouvelle loi de gravité qui s'exercerait plus fortement que prévue dans ces régions, soit au fait qu'une loi encore à découvrir y réduirait l'inertie des étoiles intéressées, diminuant ainsi leur tendance à s'éloigner du centre.

Cette gravité modifiée s'exercerait, selon les équations de la MOND, lorsque l'accélération des étoiles tomberait au dessous d'un cent milliardième de g, la force de gravité observée sur la Terre. Ce phénomène se produirait à différentes distances du centre selon les différences de forme de galaxies. Un cent milliardième de g paraîtra infinitésimal, mais il faut se rappeler que dans le "vide" interstellaire, où les distances sont énormes, beaucoup de physiciens postulent que ne s'exerce aucune force de gravité.

Ainsi, avec un seul paramètre, la MOND pourrait prévoir les courbes de rotation de n'importe quelle galaxie, sans faire appel à la matière noire. Les expérimentations récentes semblent confirmer de telles prévisions. Grâce notamment à l'effet dit de lentille galactique, selon lequel les rayons lumineux venant de galaxies lointaines sont déformés au voisinage d'une galaxie plus proche, il est possible d'estimer le champ gravitationnel de millions de galaxies, qu'elles soient ou non spirales. Or ces estimations sont dans l'ensemble conformes à ce que prévoit la MOND.

Concernant la galaxie d'Andromède, la plus proche de notre galaxie, la vitesse de galaxies satellites orbitant autour d'Andromède s'est révélée à l'observation conforme aux prédictions de la MOND, sans qu'il ait été nécessaire de faire appel à la matière noire(2)
.

Face à la MOND, la tentation de la facilité ?

On peut trouver à ce phénomène plusieurs explications. Les unes sont de type scientifique. Les équations permettant de calculer la MOND, ou les observations permettant de la mettre à l'épreuve, peuvent encore être discutées. Mais d'autres sont quasi-philosophiques. Comment expliquer que des phénomènes aussi généraux que ceux de la gravitation puissent prendre des formes différentes d'une galaxie à l'autre. La loi de Newton était plus rassurante pour les esprits qui, comme ceux du Moyen-Age, souhaitent encore voir l'univers respecter une belle et commune ordonnance.

Mais dans ce cas, comment comprendre que les mêmes scientifiques intuitivement attachés à une telle ordonnance puissent faire intervenir une hypothétique matière noire. Comme nous l'avons rappelé, celle-ce n'a jamais été identifiée à ce jour dans les accélérateurs de particules et autres observatoires. D'autre part, il faudrait lui donner des distributions différentes, galaxie par galaxie. Ceci serait bien contraire à l'harmonie générale postulée.

On peut penser qu'en fait, ce fut, avec l'hypothèse de la matière noire, une solution de facilité qui a été retenue. La matière noire, s'y comporte comme le Bon Dieu dans les sciences pré rationnelles. Elle interdit toute vérification expérimentale, puisque décrétée noire par principe. Elle offre une solution facile à toutes les questions que l'on peut se poser, sans obliger à perfectionner les hypothèses et les expériences. De plus, avec ce qualificatif de "noire", elle fait appel à une imagination proche de la science fiction ou de l'art. L'hypothèse dispense les cosmologistes du travail qui serait aujourd'hui nécessaire: critiquer les lois "fondamentales" d'où découlent les dynamiques newtoniennes et einsteiniennes.

Faudrait-il refuser de la même façon l'hypothèse de l'énergie noire, présentée désormais comme parole d'évangile dans presque tous les articles et ouvrages de cosmologie ? L'avenir le dira. Il n'est pas exclu de penser que dans quelques temps on ne parlera plus dans les manuels d'énergie noire, mais d'une Energie Modifiée, calculable et observable.

Notes
(1)
Mordehai Milgrom,
(2) Astrophysical Journal 775, 2
Andromeda Dwarfs in Light of MOND. II. Testing Prior Predictions

Pour en savoir plus
-
Matière noitre,
-
MOND



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