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Les galaxies naines désobéissent-elles à la loi de la gravitation ?

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Un groupe d'astronomes pense avoir découvert une faille dans le modèle de la matière noire froide expliquant la formation des galaxies. Les dernières observations portant sur les galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée ne pourraient s'expliquer qu'en abandonnant la théorie de la matière noire au profit d'une modification de la loi de la gravitation de Newton à grande échelle.

La galaxie naine du Sagittaire vue par Hubble. Crédit : Nasa, Esa

Depuis quelques années, les observations en faveur de l'existence de la matière noire s'accumulent et la théorie Mond proposée pour rendre compte du comportement anormalement rapide des étoiles dans les galaxies et des galaxies dans les amas de galaxies perd du terrain. Cette théorie, plutôt que d'invoquer une matière noire de nature inconnue, introduit une modification de la loi de Newton de la gravitation à grande échelle, qui ne serait plus en 1/r2.

Des théories basées sur des extensions de la relativité générale, théorie de la gravitation proposée par Einstein en 1916, existent. Certaines d'entre elles semblent effectivement pouvoir être mises en accord jusqu'à un certain point avec les observations. L'une des plus célèbres est celle proposée par John Moffat pour rendre compte, par exemple, des observations de collisions d'amas de galaxies. Il semblerait que même dans l'hypothèse où des modifications de la loi de Newton sont bel et bien valides à grandes distances, une composante de matière noire ne puisse pas être écartée comme explication principale malgré tout.

Quelques astrophysiciens restent perplexes ou pour le moins dubitatifs. C'est le cas de Pavel Kroupa dont les travaux sur des galaxies particulièrement denses l'ont déjà conduit à occuper le devant de la scène il y a quelque temps et surtout de Manuel Metz, du Deutsches Zentrum fuer Luft- and Raumfahrt. Cet astronome allemand pense en effet que les observations que lui et ses collègues ont faites sur les galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée, comme celles du Dragon ou du Sagittaire, ne peuvent pas être compatibles avec les modèles de matière noire froide.

Il faut savoir que les galaxies naines posent des problèmes aux astrophysiciens et aux cosmologistes partisans des modèles de formation des galaxies basés sur la matière noire froide depuis un certain temps. Ces derniers décrivent bien la formation des grandes galaxies et des amas de galaxies, se rassemblant en des grandes structures et entrant en collision. Mais ces modèles prédisent aussi un très grand nombre de galaxies naines autour des grandes galaxies comme la nôtre ou celle d'Andromède.

Cliquer pour agrandir. Une carte de quelques-unes des galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée. Crédit : Richard Powell-http://atunivers.free.fr/copyright.html

Pourquoi les naines forment-elles un disque ?

Très peu lumineuses, ces naines sont plus facilement détectables autour de la Voie lactée. Le problème est que les modèles en prédisent une centaine et les observations pourtant conduites avec rigueur et acharnement s'obstinent à n'en révéler qu'une trentaine. La situation vient d'empirer selon le groupe de chercheurs internationaux comprenant Kroupa et Metz.

En effet, les galaxies naines les plus lumineuses ne sont pas uniformément réparties autour de la Voie lactée. Elles forment un disque et orbitent dans le même sens que celui des étoiles de la Galaxie. Pourtant, cette disposition et ce mouvement ne semblent possibles que si les naines proviennent des interactions de marée lors de collisions entre la Voie lactée et d'autres galaxies. Les modèles numériques de mécanique célestes indiquent donc qu'elles se seraient formées récemment et qu'elles seraient pauvres en matière noire. Mais cette conclusion entre en contradiction avec les autres observations qui indiquent au contraire qu'elles en contiendraient plutôt de grandes quantités... à moins que ce soit précisément la loi de Newton qui soit à changer !

Plusieurs mécanismes et hypothèses intermédiaires entrent en jeu dans la modélisation de ces phénomènes à l'échelle des galaxies. En l'occurrence, il serait prématuré d'en conclure que ces observations réfutent vraiment la théorie de la matière noire. Il ne serait cependant pas sage non plus de les négliger.

Certains astrophysiciens pensent même que tout le monde pourrait avoir raison. Pour certaines situations, seule la matière noire serait une explication satisfaisante mais dans d'autres des théories comme Mond montreraient leur pertinence. Dans tous les cas, il faut faire appel à de la nouvelle physique. Cela ne peut que réjouir le théoricien...