Une vue inhabituelle de la galaxie d'Andromède. M31 est ici prise en photo par Galaxy Evolution Explorer, un observatoire astronomique spatial destiné à l'observation de galaxies dans l'ultraviolet. Ses galaxies satellites défient pour le moment les prédictions du modèle de matière noire froide. Il semble que Mond, c'est-à-dire des modifications des lois de Newton, soit un cadre plus pertinent pour comprendre ces galaxies. © Nasa

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Les galaxies naines d'Andromède défient la matière noire

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Les curieuses propriétés des galaxies naines d'Andromède se comprennent mieux avec la théorie Mond qu'en utilisant le modèle de la matière noire froide, affirment le physicien Mordehai Milgrom et l'astronome Stacy McGaugh. Plusieurs prédictions de Mond en effet semblent couronnées de succès et n'ont pas pour le moment d'interprétation dans le cadre de la cosmologie standard.

La découverte d'un disque de galaxies naines autour d'Andromède a permis aux partisans de la théorie Mond de marquer un point de plus dans le match qui les oppose aux défenseurs de la matière noire, même si la publication des résultats de Planck consolide fortement le modèle standard avec de la matière noire froide. Une partie de la communauté scientifique s'attendait à la découvrir rapidement au LHC mais, pour le moment, cet espoir a été déçu. Quant aux résultats venus du Hubble des rayons cosmiques, AMS 02, ils ne sont pour le moment guère concluants pour ce qui concerne la matière noire.

Rappelons que selon Mond, lorsque l'intensité de la gravitation est environ 1011 fois plus faible que celle que nous subissons sur Terre, la loi de la gravitation de Newton doit être modifiée. Elle ne décroît plus selon l'inverse du carré de la distance au corps attracteur. De cette façon, tout se passe au niveau des galaxies comme s'il existait une quantité de matière supplémentaire mais n'émettant aucun rayonnement, la fameuse matière noire.

L’astronome américain Stacy McGaugh a travaillé sur les galaxies à faible brillance de surface, la formation et l'évolution des galaxies. On le connaît aussi pour ses travaux sur la matière noire, la théorie Mond et le rayonnement fossile. © Case Western Reserve University

Des galaxies à faible brillance de surface

Or, tout récemment, le physicien à l'origine de la théorie Mond, l'Israélien Mordehai Milgrom, vient de publier sur arxiv avec l'astronome Stacy McGaugh un article qui conforte la pertinence de Mond pour comprendre les galaxies naines autour d'Andromède.

Les galaxies naines autour d'Andromède ne sont pas comme elle des galaxies spirales. Leur forme est quasiment sphérique et leur matière principalement constituée d'hydrogène neutre et non d'étoiles. On n'en compte que quelques centaines de milliers pour chacune de ces galaxies. Elles font d'ailleurs partie de ce qu'on appelle des galaxies à faible brillance de surface (ou abréviation LSB, pour Low Surface Brightness galaxies), c'est-à-dire parmi les plus petites connues. Ce sont des galaxies diffuses avec une brillance de surface qui, vue depuis la Terre, est inférieure de moins d'une magnitude à celle du ciel nocturne ambiant.

Le physicien israélien Mordehai Milgrom a proposé au début des années 1980 un nouveau cadre pour la théorie de la gravitation. Il s'agissait d'expliquer les anomalies des mouvements des étoiles dans les galaxies sans postuler de nouvelles particules, donc en dehors du modèle de la matière noire froide. © Weizmann Institute of Science

Mond et les galaxies naines d'Andromède

Dans l'article publié sur arxiv, les deux chercheurs rappellent qu'ils ont été capables de prédire parfaitement grâce à Mond la dispersion des vitesses des étoiles dans les premières galaxies naines d'Andromède observées. Ils confirment maintenant que les prédictions de Mond sont couronnées de succès pour les autres galaxies naines découvertes autour d'Andromède. On peut se faire une idée de cette dispersion des vitesses en considérant une courbe en forme de cloche centrée sur la valeur absolue de la vitesse moyenne des étoiles dans l'une des galaxies naines. Plus la base de la courbe en cloche est large plus la dispersion des valeurs des vitesses est grande.

Mordehai et Milgrom annoncent aussi que leurs calculs dans le cadre de Mond prédisent que les champs de gravité des naines sont différents selon qu'elles sont près ou loin d'Andromède. Dans le cas des plus proches, ces champs sont dominés par la galaxie alors que les plus lointaines subissent surtout les champs propres aux étoiles des galaxies naines. Or, selon eux, le modèle de la matière noire froide ne conduit pas à une telle prédiction.

Selon McGaugh, « l'influence de la galaxie d'Andromède peut fournir un test pour départager la théorie de la matière noire et Mond. La matière noire fournit un cocon pour les naines, protégeant les étoiles de l'influence des forces de marées d'Andromède. Avec Mond, l'influence de cette grande galaxie est plus prononcée ».

Les observations semblent être en accord avec cette prédiction mais les chercheurs restent prudents. McGaugh précise cependant que : « la plupart des scientifiques sont plus à l'aise avec le modèle de la matière noire. Mais nous devons comprendre pourquoi Mond réussit avec ces prédictions. Nous ne savons même pas comment les obtenir avec de la matière noire ».

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