Deux chercheurs français viennent peut-être d’enterrer 40 ans de débats sur la matière noire et l’alternative MOND

Cette étude, menée par Blanchard et Coquery à partir des mesures du satellite Gaia, explore la capacité des modèles de matière noire et de la théorie MOND à expliquer les vitesses observées des étoiles dans la Voie lactée, en s’appuyant sur des données précises et à grande échelle.

Un champ gravitationnel modélisé uniquement à partir de la matière visible dans la Voie lactée

Alain Blanchard et Even Coquery ont entrepris de modéliser le champ gravitationnel généré par la matière visible de la Voie lactée. Ils se sont exclusivement basés sur la matière baryonique, composée de protons et de neutrons, qui constitue les étoiles. Leur objectif était de déterminer si cette matière observable suffit à expliquer les vitesses mesurées des étoiles.

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D’après les lois classiques de la gravitation, la vitesse des étoiles devrait décroître à mesure que l’on s’éloigne du centre galactique. Pourtant, les observations révèlent une courbe de rotation stellaire non décroissante, même dans les régions périphériques. Ce comportement, détecté dès les années 1970, a conduit à l’hypothèse d’une masse invisible : la matière noire.

Par ailleurs, une autre hypothèse a été avancée : la théorie MOND (Modified Newtonian Dynamics). Cette dernière propose une modification des lois gravitationnelles à faibles accélérations, sans invoquer l’existence d’une matière non détectée. Les chercheurs ont donc analysé la pertinence de ces deux approches en s’appuyant sur les données disponibles.

Une correspondance entre les données Gaia et le profil de matière noire NFW

Pour tester ces modèles, les chercheurs ont utilisé les mesures du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne. Grâce à ces données, ils ont pu cartographier les vitesses stellaires galactiques avec un haut niveau de précision.

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Ils ont appliqué un modèle de distribution de matière noire connu : le profil Navarro-Frenk-White issu des simulations cosmologiques. Ce modèle suppose la présence d’un halo sphérique de matière noire entourant chaque galaxie. En ajustant ses paramètres aux observations fournies par Gaia, ils ont obtenu une concordance satisfaisante.

Les paramètres nécessaires pour faire correspondre MOND aux observations ne sont pas cohérents avec d’autres galaxies

L’interprétation des mêmes données selon la théorie MOND nécessite plusieurs ajustements. D’une part, la masse baryonique requise dépasse les estimations établies pour la Voie lactée. D’autre part, il faut modifier localement la constante a0, censée être fixe dans le cadre de cette théorie.

Ce besoin d’adaptation remet en question le principe fondamental d’universalité de MOND, puisque cette constante devrait, en théorie, rester identique dans toutes les galaxies. Cela soulève donc des incertitudes sur la validité générale du modèle.

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Une étude préliminaire à affiner avec les futures publications complètes de Gaia

Blanchard et Coquery se sont appuyés sur un échantillon partiel des données de la mission Gaia. Le quatrième catalogue complet est attendu pour décembre 2026, tandis que la version finale, qui couvrira toute la mission, sera disponible en 2030. Ces publications permettront des analyses plus approfondies.

En attendant, plusieurs équipes de recherche publient leurs propres interprétations des données disponibles. Ces travaux offrent des perspectives complémentaires, bien qu’ils ne bénéficient pas toujours du traitement méthodologique appliqué par les équipes officielles de la mission Gaia.

Pour l’instant, les résultats obtenus sont compatibles avec le modèle de matière noire de type NFW. En revanche, la théorie MOND nécessite des ajustements spécifiques pour correspondre aux observations. Les futurs catalogues permettront de réévaluer ces hypothèses avec davantage de précision.

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