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Les astrophysiciens sont divisés par une théorie qui révise les lois du cosmos et de la gravitation
LE MONDE | 29.05.07 |
Lorsque les astronomes constatent que leurs observations ne concordent pas avec les lois de la physique, ils ont deux solutions. Soit ils rajoutent arbitrairement au cosmos un ingrédient, une matière invisible qui permet de justifier les anomalies détectées, soit ils modifient les lois.
Depuis les années 1930, dans leur très grande majorité, ils ont privilégié la première voie. L'ajout d'une bonne dose de matière noire à la recette de l'Univers règle ainsi, d'un seul coup, trois problèmes : la vitesse des galaxies, bien plus élevée que prévu au sein des grands amas qui les rassemblent ; celle des étoiles éloignées des centres galactiques, tout aussi excessive ; et le fait que ces galaxies, étant donné la quantité de matière visible qu'elles contiennent, n'ont matériellement pas eu le temps de prendre forme dans la chronologie très serrée qu'impose le scénario dominant du Big Bang.
En fournissant un important surcroît de masse aux grandes structures célestes, cette substance invisible justifie que la gravité y soit beaucoup plus forte que ce que montrent les télescopes et que leur formation et leurs mouvements soient donc beaucoup plus rapides.
Aux 19es Rencontres de Blois, consacrées, du 20 au 26 mai, à "la matière et l'énergie dans l'Univers", nombre d'astrophysiciens ont présenté des travaux sur la nature supposée et sur les programmes de détection de ce mystérieux matériau dont personne n'a jamais pu percevoir la moindre manifestation directe. Cette imperceptibilité persistante devient de plus en plus gênante pour la théorie dominante.
A Blois, cette impuissance n'a pas manqué d'être relevée par les tenants de la deuxième voie. "Vous n'avez pas besoin d'une matière non identifiée pour expliquer la masse manquante dans les galaxies, si vous acceptez de vous détacher légèrement des lois classiques de la physique", a assuré Mordehai Milgrom. Ce physicien israélien a osé, dès 1983, proposer une retouche de l'un des piliers de l'astronomie, les lois de Newton sur la gravitation.
Sa théorie, baptisée MOND (acronyme anglais de dynamique newtonienne modifiée), suggère que la variation de la gravitation en fonction de la distance est différente de ce que pensait le génie anglais. Au-delà d'un certain seuil, à très grande échelle, elle se mettrait à décroître beaucoup moins rapidement que prévu. Ce changement de régime explique très bien qu'en périphérie des galaxies les étoiles tournent plus vite que la loi classique le laissait supposer, et ce sans recours à aucune substance exotique.
Les premiers succès de MOND n'ont pas empêché Mordehai Milgrom de demeurer longtemps isolé. Pour l'immense majorité des physiciens, "une modification ad hoc des lois apparaît comme une hérésie, même si elle explique bien certains phénomènes", dit Luc Blanchet (CNRS), de l'Institut d'astrophysique de Paris. "Des révisions radicales de la physique ont déjà eu lieu au cours de l'histoire, rétorque M. Milgrom. Les travaux d'Einstein ont modifié la dynamique de Newton."
Justement, l'un des défauts de MOND a longtemps été de ne pouvoir se glisser dans le cadre rénové que la relativité a offert à l'astronomie contemporaine. Ses partisans n'y sont parvenus qu'en 2004, donnant un nouvel élan à la théorie. "Il n'y a aucune raison de favoriser aujourd'hui le scénario de la matière noire, dit Françoise Combes, de l'Observatoire de Paris. Il faut explorer les deux propositions, et un nombre croissant d'équipes se penche sur MOND. Davantage d'étudiants y travaillent également, ce qui signifie qu'on ne considère plus la théorie comme étant trop spéculative et risquée pour y lancer des jeunes."
Ce surcroît d'intérêt lui a même rapporté de nouveaux succès. Les simulations de formations de galaxies en ordinateurs fonctionnent ainsi bien mieux avec MOND qu'avec la matière noire.
En revanche, aux très grandes échelles, cette théorie peine toujours à justifier tous les mouvements des amas de galaxie. Pour expliquer les récentes observations indirectes de halos où l'attraction semble très forte, elle a besoin, à son tour de postuler un surcroît de matière. "Cela pourrait être un peu de matière ordinaire, mais invisible", selon M. Milgrom, ou bien des neutrinos, des particules très chaudes et légères.
Ces suppositions ont l'avantage de permettre, à terme, une validation ou une réfutation de MOND par de nouvelles mesures. Mais des astronomes déplorent qu'elles aient aussi fait perdre un peu de son élégance et de sa simplicité à cette théorie.
Jérôme Fenoglio
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LEXIQUE
MATIÈRE ORDINAIRE :
selon les dernières observations de la sonde WMAP, l'Univers ne contiendrait que 4 % de cette matière. La matière visible qui constitue les étoiles et les corps célestes compte pour un dixième de ce total.
MATIÈRE NOIRE :
si elle existe bien, cette substance invisible, électriquement neutre et n'interagissant pas avec la matière ordinaire, représente 22 % de la masse du cosmos.
ENERGIE NOIRE :
cette force répulsive inconnue, considérée comme responsable d'une accélération récente de l'expansion de l'Univers, ne pèserait pas moins de 74 % du contenu du cosmos.