L’un des plus grands mystères de l’astrophysique actuelle est que les forces présentes dans les galaxies ne semblent pas s’additionner. Les galaxies tournent beaucoup plus vite que prévu en appliquant la loi de la gravité de Newton à leur matière visible, bien que ces lois fonctionnent bien partout dans le système solaire.
Pour empêcher les galaxies de se séparer, une gravité supplémentaire est nécessaire. C’est pourquoi l’idée d’une substance invisible appelée matière noire a été proposée pour la première fois. Mais personne n’a jamais vu ça. Et il n’existe aucune particule dans le modèle standard de la physique des particules, qui connaît un grand succès, qui pourrait être la matière noire : cela doit être quelque chose d’assez exotique.
Cela a conduit à l’idée rivale selon laquelle les divergences galactiques sont plutôt causées par un effondrement des lois de Newton. L’idée la plus réussie est connue sous le nom de dynamique milgromienne ou Mond, proposée par le physicien israélien Mordehai Milgrom en 1982. Mais nos recherches récentes montrent que cette théorie est en difficulté.
Le postulat principal de Mond est que la gravité commence à se comporter différemment de ce à quoi Newton s’attendait lorsqu’elle devient très faible, comme aux bords des galaxies. Mond réussit assez bien à prédire la rotation des galaxies sans aucune matière noire, et il connaît quelques autres succès. Mais bon nombre d’entre eux peuvent également être expliqués par la matière noire, en préservant les lois de Newton.
Alors, comment mettre Mond à l’épreuve définitive ? Nous poursuivons cela depuis de nombreuses années. La clé est que Mond ne modifie le comportement de la gravité qu’à de faibles accélérations, et non à une distance spécifique d’un objet. Vous ressentirez une accélération plus faible à la périphérie de tout objet céleste (une planète, une étoile ou une galaxie) que lorsque vous en êtes à proximité. Mais c’est le degré d’accélération, plutôt que la distance, qui prédit où la gravité devrait être plus forte.
Cela signifie que, bien que les effets de Mond se manifestent généralement à plusieurs milliers d’années-lumière d’une galaxie, si nous regardons une étoile individuelle, les effets deviendraient très significatifs à un dixième d’année-lumière. C’est seulement quelques milliers de fois plus grande qu’une unité astronomique (UA), la distance entre la Terre et le Soleil. Mais les effets Mond plus faibles devraient également être détectables à des échelles encore plus petites, comme dans le système solaire externe.
Cela nous amène à la mission Cassini, qui a tourné autour de Saturne entre 2004 et son dernier crash enflammé sur la planète en 2017. Saturne orbite autour du Soleil à 10 UA. En raison d’une bizarrerie de Mond, la gravité du reste de notre galaxie devrait faire dévier l’orbite de Saturne de l’attente newtonienne de manière subtile.
Cela peut être testé en chronométrant les impulsions radio entre la Terre et Cassini. Puisque Cassini était en orbite autour de Saturne, cela a permis de mesurer la distance Terre-Saturne et de suivre avec précision l’orbite de Saturne. Mais Cassini n’a trouvé aucune anomalie du genre attendue à Mond. Newton fonctionne toujours bien pour Saturne.