D'après des chercheurs spécialisés en galaxies satellites naines, «Newton avait peut-être tort»
Deux nouvelles études effectuées par des chercheurs allemands, autrichiens et australiens ont remis en question notre compréhension de la physique du phénomène de gravitation. Les résultats, publiés dans les revues Astrophysical Journal et Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se fondent sur l'observation de galaxies satellites naines, ou de plus petites galaxies situées «au large» de notre immense Voie Lactée spiroïdale. La théorie classique de gravitation de Newton, publiée en 1687, explique bien les effets de la gravité sur la Terre, avec l'exemple bien connu de la pomme tombant d'un arbre. «Bien que sa théorie décrive en fait les effets quotidiens de la gravité sur Terre, des choses que l'on peut voir et mesurer», explique le professeur Pavel Kroupa de l'institut Argelander d'astronomie de l'université de Bonn en Allemagne, «il est possible que nous n'ayons pas du tout compris la physique actuelle à l'origine du phénomène de gravitation.» La théorie de Newton est remise en question par de nombreux cosmologistes modernes, qui ont d'autres théories sur la gravitation et tentent d'expliquer le grand nombre de divergences entre les mesures actuelles des phénomènes astronomiques et les prévisions basées sur des modèles théoriques. L'idée selon laquelle la «matière noire» serait à l'origine de ces contradictions a beaucoup attiré l'attention des scientifiques ces dernières années. Toutefois, la preuve de son existence se fait jour. Dans cette dernière recherche, le professeur Kroupa et ses collègues ont examiné des «galaxies naines satellites» qui, selon des modèles théoriques, existent par centaines autour de la plupart des plus grandes galaxies, y compris la Voie Lactée. Certaines de ces plus petites galaxies semblent ne contenir que quelques milliers d'étoiles (en comparaison, la Voie Lactée par exemple posséderait plus de 200 milliards d'étoiles). Toutefois, jusqu'à présent, seules 30 galaxies naines satellites ont été observées autour de la Voie Lactée. Cette grande divergence est communément attribuée au fait qu'elles possèdent peu d'étoiles; elles sont donc sombres et il est difficile de les distinguer de si loin. Mais leur étude détaillée a conduit à certains résultats surprenants. «Tout d'abord, leur distribution présente quelque chose d'inhabituel», déclare le professeur Kroupa. «Les satellites devraient être uniformément disposés autour de leur galaxie mère, mais il n'en va pas ainsi.» Les chercheurs ont découvert que tous les «satellites classiques» de la Voie Lactée (les 11 galaxies naines les plus lumineuses) sont plus ou moins situés sur le même plan, formant ainsi une sorte de disque. Ils ont également observé que la plupart des 11 galaxies pivotent dans la même direction autour de la Voie Lactée, dans le même sens que les planètes qui orbitent autour du Soleil. D'après les physiciens, ces phénomènes seraient dus aux satellites créés par des collisions entre des galaxies plus jeunes. «Les fragments produits par un tel évènement peuvent former des galaxies naines pivotantes», a expliqué le Dr Manuel Metz, également de l'institut Argelander d'astronomie. Toutefois, a-t-il ajouté, «les calculs théoriques nous montrent que les satellites créés ne peuvent pas contenir de matière noire». Ces calculs viennent contredire ceux des observations d'une autre équipe. «Les étoiles dans les satellites que nous avons observés se déplacent beaucoup plus vite que le prévoit la loi gravitationnelle. Si la physique classique est justifiée, cela ne peut être attribué qu'à la présence de matière noire», a déclaré le Dr Metz. Cette énigme indique que certains principes de physique fondamentaux ont sans doute été mal interprétés jusqu'à présent. «La seule solution serait de rejeter la théorie classique de gravitation de Newton», a déclaré le professeur Kroupa. «Nous vivons sans doute dans un univers non-Newtonien. Si cela se confirme, nos observations pourraient alors être expliquées sans la matière noire.» Jusqu'à maintenant, la théorie de gravitation de Newton n'a été modifiée que trois fois: pour tenir compte des effets de grandes vitesses (la théorie spéciale de relativité), par la proximité de larges masses (la théorie de la relativité générale), et par les échelles subatomiques (la mécanique quantique). Désormais, les divergences importantes dans les données relatives à la galaxie satellite ont montré que dans l'espace, une «dynamique newtonienne modifiée» (MOND) devrait être adoptée. La théorie MOND, proposée pour la première fois en 1981, modifie la seconde loi de la dynamique de Newton afin d'expliquer le problème de rotation de la galaxie (les galaxies pivotent toutes à une vitesse égale, ce qui va à l'encontre de la prédiction de Newton selon laquelle les vitesses des objets se trouvant «plus loin» seront inférieures). Ces nouveaux résultats ont des implications importantes pour la physique fondamentale et les théories cosmologiques. Selon l'astrophysicien Bob Sanders de l'université de Groningen aux Pays-Bas, «les auteurs de ce document présentent un argument important. Leurs résultats sont entièrement cohérents avec les attentes de la dynamique newtonienne modifiée, mais totalement contraires aux prévisions de l'hypothèse sur la matière noire. Il est rare qu'un test d'observation soit aussi précis.»
Pays
Autriche, Australie, Allemagne