J’ignore si George Lucas y pensait en inventant le côté sombre de la Force pour Star Wars, mais le monde des vraies étoiles est supposé être également doté de son côté sombre: la matière noire et l’énergie noire. Plusieurs articles de ce blog en parlent déjà, mais le but de celui-ci est de faire connaissance avec une hypothèse que l’on pourrait appeler “effet Jedi”: une solution ne nécessitant pas ce côté sombre pour expliquer la formation des galaxies – hypothèse dont le vrai nom est MOND (MOdifyed Newtonian Dynamics, ou Dynamique Newtonienne Modifiée), inventée en 1981 par le physicien israélien Mordehai Milgrom.

Posons le contexte: le modèle initial du Big Bang ne pouvait survivre confronté aux observations astronomiques de la fin du 20ème siècle: expansion en accélération de l’univers, et structures galactiques ne correspondant pas aux prévisions du modèle Big Bang. Faute de mieux et, surtout, pour ne pas devoir remettre en cause les fondamentaux relativistes posés par Einstein au début du 20ème, les physiciens ont inventés des concepts pour expliquer les phénomènes observés, pariant que l’on finirait bien par en trouver les traces matérielles. C’est une approche qui marche assez bien en général, par exemple le boson de Higgs avait été théorisé des décennies avant sa découverte physique en 2012.

Ces concepts étaient l’énergie noire pour expliquer l’inflation, une forme d’énergie anti-gravitationnelle dont on ne connait rien de sa possible nature, et la matière noire dont on ne sait guère plus mais qui permet de forcer le modèle initial à coller, plus ou moins, avec la réalité observée des structures galactiques. Ce côté sombre de l’univers, s’il existe réellement, correspondrait à près de 80% de l’ensemble masse/énergie de notre univers – c’est donc tout sauf négligeable. Pourtant, malgré de gros et coûteux efforts pour détecter des particules de matière noire ou un champ d’énergie noire, rien de probant n’a encore été trouvé.

Ce constat amène certains chercheurs à se repencher sur l’initiative de Milgrom, qui fut améliorée en 2004 par Jacob Bekenstein, autre physicien israélien, avec l’apport de la théorie dite TeVeS (pour Tensor-Vector-Scalar). TeVeS est une description de la gravité au moyen d’un ensemble de trois champs et qui, associée à la première version de MOND, offre une hypothèse sans matière sombre qui colle plutôt bien à la réalité observée, même dans des conditions relativistes (ce qui n’était pas le cas de la première version de Milgrom). MOND a surtout l’avantage de proposer une méthode prédictive autant que descriptive, alors que la matière noire ne permet pas de prédire les configurations précises des galaxies. En effet, dans ce modèle tout dépends de comment la matière noire, dont on ne sait rien, s’organise(rait) au cas par cas pour influer sur la matière visible. Le fait de connaître la structure de dix galaxies ne permet pas de prédire comment sera la onzième.

Depuis quelques années, après deux décennies de quasi oubli, la théorie MOND “augmentée” à été l’objet de près de 700 papiers, ce qui fait dire à Milgrom qu’il est vraiment temps que la communauté des physiciens laisse tomber le côté sombre et s’unisse pour un MOND meilleur… Anakin Skywalker, si tu nous entends, fais un signe!

Mais pourquoi tant d’hésitation, alors que MOND semble à priori bien moins capillo-tracté que ce sombre héros de matière noire? Parce que MOND implique de modifier, à la marge, le cadre conceptuel Newtonien et Ensteinien d’une force agissant partout et toujours de la même manière, c’est-à-dire inversement proportionnelle au carré de la distance. Dans le cadre MOND, il existerait un seuil au niveau des très faibles accélérations (un centième de milliardième de g, g étant l’accélération due à la gravité terrestre qui est d’un peu moins de 10m par seconde²) une modification du mécanisme gravitationnel selon une nouvelle loi “ralentissant” la diminution de la force de gravité avec la distance.

A l’usage, MOND semble capable de prédictions précises qui correspondent aux observations effectuées. Pour Milgrom, à moins d’une découverte probante de matière noire, d’ici dix ans MOND deviendra la théorie principale de la formation des galaxies, et la matière noire rangée dans le cabinet des impasses de la physique.
Nous en sommes encore loin, j’en tiens pour preuve la méga simulation (vidéo ci-dessous) que vient de réaliser le MIT depuis les origines de l’univers jusqu’à nos jours, simulation basée notamment sur le concept de matière noire… Un autre MOND est possible, mais il va falloir être patient.

=Vincent Verschoore=