Mond marque des points contre la matière noire

Galaxie elliptique observée dans le domaine des rayons X, NGC 720 montre des caractéristiques en accord avec la présence de matière noire et non avec des modifications des lois de Newton, comme le propose la théorie Mond. Mais selon Mordehai Milgrom, sa théorie ne serait pas incompatible avec ces caractéristiques, et il aurait même réussi à la tester avec des galaxies elliptiques, pour la première fois.

Depuis quelques années, des preuves indirectes convaincantes de l’existence de la matière noire ont été apportées. À l’inverse, des tests de modifications des lois de Newton proposées pour se passer de matière noire au niveau des amas de galaxies semblaient faire perdre du terrain à la théorie du physicien israélien Mordehai Milgrom, la Modified Newtonian dynamics (Mond), en particulier la version relativiste proposée par son collègue Jacob Bekenstein, la théorie TeVeS. Pire, les mesures du rayonnement fossile faites par WMap apparaissaient comme totalement inexplicables avec Mond mais parfaitement concordantes avec le modèle de la matière noire froide complété par la présence de l’énergie noire.

Toutefois, comme nous l’avait expliqué Benoît Famey, la théorie Mond avait marqué des points dans le domaine des galaxies spirales. Visiblement, quelle que soit la physique qui se cachait derrière les équations de Mond, la théorie de Milgrom semblait donner une description bien meilleure de ces galaxies (comme celle d’Andromède ou la Voie lactée) que la théorie de la matière noire froide.

Cependant, il n’existe pas, dans l’univers actuel, que des galaxies spirales, on trouve aussi des galaxies elliptiques. Il existe même quatre grandes classes de galaxies : les elliptiques (E), les lenticulaires (L ou S0), les spirales (S) et les irrégulières (Irr) selon la classification faite initialement par Hubble et complétée par la suite par Gérard de Vaucouleurs.

On a bien évidemment cherché à tester la théorie Mond avec l’autre grande classe de galaxies, précisément celle des elliptiques. Malheureusement, la détermination des courbes de vitesses des étoiles dans les elliptiques n’est pas simple du fait de la variété des orbites dans ces galaxies. Surtout, les accélérations des étoiles mesurables sont telles que les corrections des mouvements, prédites par Mond, sont faibles. Il était donc difficile d’aboutir à des conclusions fermes sur la pertinence de Mond dans le royaume des elliptiques.


La galaxie NGC 720 est située à environ 80 millions d'années-lumière en direction de la constellation de la Baleine (Cetus en latin). Sur cette image prise par Chandra, cette galaxie elliptique apparaît clairement enveloppée d'un nuage de gaz émettant des rayons X. Visible sur cette image en fausses couleurs, la température extrême du gaz, environ 7 millions de degrés, rend impossible, en se basant sur la loi de Newton, le confinement du nuage à proximité de NGC 720 grâce à la seule gravité des étoiles visibles de la galaxie. Ce nuage est souvent présenté comme une preuve solide de la présence de matière noire entourant NGC 720 car son influence gravitationnelle peut empêcher le nuage de gaz chaud de s'échapper. La théorie Mond semble désormais fournir elle aussi une bonne description du comportement de ce nuage.

Cependant, les galaxies elliptiques comme NGC 720 et NGC 1521 sont plongées dans un halo de gaz chaud, constitué de matière normale, dont les températures de plusieurs millions de degrés le font rayonner dans le domaine des rayons X. En modélisant ce halo et le rayonnement qu’il émet, il est possible de tester la présence d’une composante de masse supplémentaire, ne rayonnant pas, mais retenant par son attraction ce gaz chaud. De fait, en se basant seulement sur la présence de la matière normale visible sous forme d’étoile, il était bien ardu de comprendre comment ce gaz ne s’était pas rapidement évaporé, sauf à postuler la présence de la matière noire.

Dans un article qu’il vient de publier sur arxiv, Mordehai Milgrom affirme aujourd’hui avoir retrouvé les caractéristiques du rayonnement X du halo entourant NGC 720 et NGC 1521 (en sondant le champ de gravitation), en utilisant les équations de Mond. Selon lui, c’est même la première fois que l’on peut tester Mond de façon solide avec des galaxies elliptiques. La performance devient comparable à celle obtenue avec les courbes de vitesses de rotation des galaxies spirales.

Le point le plus important dans l’analyse de Milgrom n’est cependant pas là, selon le chercheur. En effet, étant donné l’histoire de la formation des elliptiques, et leur structure différente des spirales, il est très difficile de comprendre pourquoi les relations entre la distribution de matière normale et la distribution de matière noire supposée sont indépendantes de cette histoire pour ces deux familles de galaxies. Dans le cas de Mond, c’est une conséquence automatique de la théorie. Il semble bel et bien que Mond vienne de marquer des points de plus dans son match contre la matière noire.