Théorie MOND - Définition
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Introduction
MOND ((en) Modified Newtonian dynamics, en français : « dynamique newtonienne modifiée ») est une théorie physique, adaptée de la mécanique classique, proposée pour expliquer le problème de la courbe de rotation plate des galaxies spirales. Elle constitue une alternative au concept de matière noire, dont l'existence n'a toujours pas pu être mise en évidence.
Il a été calculé que si la matière noire existait, alors elle aurait une abondance au moins cinq fois plus importante que la matière baryonique, pour constituer de 83 % à 90 % de la densité totale de l'Univers observable, selon les modèles de formation et d'évolution des galaxies, ainsi que les modèles cosmologiques.
MOND repose sur une modification de la seconde loi de Newton aux accélérations très faibles. Elle est généralisée dans le cadre d'une théorie relativiste, la théorie tenseur-scalaire.
Le problème de la gravitation
En 1932, l'astrophysicien américain Fritz Zwicky constate que dans les grands amas de galaxies la vitesse de ces dernières comparée aux modèles théoriques révèle un écart très important. En effet, à ces vitesses, la masse de la galaxie (que l'on déduit de la luminosité de celle-ci) ne suffirait pas à les maintenir : elles devraient s'éloigner. Il proposa alors que cet écart était lié à la présence d'une source de gravitation non visible, c'est-à-dire autre que stellaire.
Néanmoins, ses calculs pour déterminer la proportion de cette « matière noire » ont montré qu'elle était bien plus représentée que la masse visible.
À partir de 1978, on commence à observer le phénomène à une échelle plus petite. On remarque que dans les galaxies, plus les étoiles sont éloignées du noyau galactique, plus leur vitesse angulaire est élevée. L'observation initiale de cette uniformité de la vitesse fut inattendue car la théorie de la gravité de Newton prédisait que les objets plus éloignés ont une vitesse moindre. Par exemple, les planètes du système solaire orbitent avec une vitesse respective qui décroît alors que leur distance respective croît par rapport au Soleil. On se retrouve avec le même problème : comment expliquer qu'à un point donné la mesure soit supérieure à la valeur théorique ?
De même, la vitesse que peuvent maintenir les objets soumis à la gravitation doit correspondre, d'après la théorie de Newton, à la force exercée par elle, c'est-à-dire de la masse présente. On observe pourtant que les galaxies sont plus lumineuses au centre qu'en bordure : la théorie de Newton n'est vérifiée que s'il existe une masse supplémentaire : la matière noire revint de nouveau faire parler d'elle.
On peut toutefois « observer » la matière noire : l'effet de lentille gravitationnelle — non expliqué par la théorie MOND — permet de déduire la masse d'après les équations de la relativité générale : on se rend ainsi compte que la masse observée ne correspond pas à la masse prédite. Une interprétation équivalente, utilisée par la généralisation de la théorie MOND, appelée théorie tenseur-scalaire (TeVeS), est qu'en réalité c'est le champ de gravitation qui est modifié.
Ces deux approches ne peuvent pas être départagées par les observations actuelles, si on admet l'existence d'énergie sombre et d'une certaine forme de matière noire dans la théorie MOND/TeVeS.
