Materia întunecată, Mond ar face în cele din urmă fără ea pentru a explica radiația și forma fosilă
Alternativa la materia întunecată a modificării legilor lui Newton ale mecanicii cerești, teoria Mond, a devenit din ce în ce mai credibilă în ultimii ani. Principalele sale defecte, care nu trebuie să fie compatibile cu teoria relativității lui Einstein și mai ales cu caracteristicile radiației fosile care permit nașterea galaxiilor, par în cele din urmă eliminate, așa cum ne explică astrofizicianul Benoît Famaey.
Modelul standard de fizică a particulelor a făcut obiectul unor teste impresionante datorită coliziunilor de protoni efectuate la LHC. Cu toate acestea, toți fizicienii cu energie înaltă știu că acest model este incomplet și că trebuie să fie doar forma pe care o teorie unificată a forțelor o ia la energiile mici. Marea majoritate a teoriilor de acest gen prezic existența unor noi particule care s-ar putea comporta ca particulele de materie întunecată invocate pentru a explica mișcările stelelor din galaxii și ale galaxiilor din grupurile de galaxii. Aceste particule de materie întunecată nu pot fi particule de materie obișnuite din diverse motive.
Unora fizicienii nu le place să postuleze existența unor particule noi detectate până acum, mai ales că le caută de zeci de ani, iar modelele bazate pe existența lor întâmpină dificultăți în contabilizarea dinamicii particulelor.
Ei preferă să modifice legile gravitației și, în special, cele ale mecanicii cerești a lui Newton, astfel încât la o distanță mare de un corp atrăgător, accelerația produsă de câmpul gravitațional al acestuia pe un alt corp să nu scadă. Nu în același mod ca în fizica lui Newton. În acest fel, stelele dintr-o galaxie se pot roti în jurul centrului său mai repede, ca și când ar exista o masă mai mare, dar invizibilă, atunci când nu există.
Există un cadru teoretic pentru aceasta, explorat încă de la începutul anilor 1980 de către fizicianul israelian Milgrom: Modificată dinamica newtoniană (Mond).
Teoria Mond a avut un mare succes în ultimii ani, în special pentru că se descrie mai bine, de exemplu, pe observații referitoare la dinamica galaxiilor spirale și chiar a galaxiilor pitice din jurul Andromeda și Calea Lactee. .
Futura i-a dedicat numeroase articole lui Mond, oferind cuvântul în mai multe rânduri unuia dintre cercetătorii care explorează această alternativă la modelul de materie întunecată rece, astrofizicianul Benoît Famaey (care lucrează la dinamica galaxiilor la observatorul de la Strasbourg). Alături de colega sa Stacy McGaugh, el a scris un articol foarte cuprinzător pe această temă pentru Living Reviews in Relativity. .
Cu toate acestea, acum mai bine de un secol, Albert Einstein și-a descoperit teoria relativității generale bazată în special pe faptul că, pentru a fi coerentă, fizica trebuia să solicite gravitației pentru a fi compatibilă cu teoria relativității speciale. Alte ecuații decât extinderea teoriei lui Einstein despre spațiul-timp curbat și relativist au fost propuse de atunci, dar teoria lui Einstein a rezistat cu succes tuturor testelor, fie cu găuri negre precum Sgr A * sau M87 *, fie prin studierea undelor gravitaționale .
Cu toate acestea, continuăm să încercăm să-l respingem căutând încălcări ale principiului echivalenței sau arătând că așa-numitele teorii tensor-scalare sunt mai relevante pentru a descrie realul, de exemplu, pentru a explica energia întunecată, un alt pilon al standardului. model cosmologic, unul dintre principalii săi pionieri fiind laureatul Nobel pentru fizică James Peebles .
Toate aceste considerații sunt reamintite pentru a înțelege că, pentru a face Mond mai credibil, ar fi necesar să găsim o versiune relativistă.
În timpul unuia dintre interviurile pe care ni le-a acordat acum câțiva ani, Benoit Famaey ne-a oferit următoarele comentarii cu privire la acest subiect, pe care le reluăm mai jos, înainte de a-l interoga din nou în lumina evoluțiilor recente.
Futura-Științe: Mond este de acord cu teoria specială a relativității așa cum ar fi trebuit să fie teoria gravitației a lui Einstein? ?
Benoît Famaey: La început, nu a fost cazul, dar am căutat destul de repede modificări ale ecuațiilor relativității generale din care am putea deduce relația Milgrom. Una dintre primele, deși nu strălucește prin eleganță, a fost teoria TeVeS propusă de Jacob Bekenstein. Este de fapt o teorie care aparține unui set mai mare de teorii bazate pe existența unui câmp vector dinamic pe lângă metrica lui Einstein în teoria gravitației, o teorie a cărei variante au fost dezvoltate în special de astronomii de la Universitatea din Oxford, și cunoscute sub numele de „teorii non-canonice Einstein-eter”. În ultima perioadă, aceste teorii par a fi totuși în dificultate relativă, în special din cauza problemelor de stabilitate internă.
În ultimii ani, Milgrom a explorat o altă formulare relativistă numită Bimond. Acesta constă în introducerea a două metrici spațiu-timp diferite (de aceea vorbim de teoria bimetrică) care pot fi interpretate prin introducerea unui al doilea univers în interacțiunea cu a noastră, într-un mod care nu încalcă constrângerile fizicii particulelor. Au existat deja câteva formulări serioase ale teoriilor de acest fel, de exemplu de Andrei Linde (pentru a explica valoarea scăzută a constantei cosmologice) sau în cadrul teoriei șirurilor unde există cosmologii cu universuri paralele. Modelul ekpirotic al lui Paul Steinhardt, Burt Ovrut, Justin Khoury și Neil Turok este un bun exemplu, precum și unul dintre cele propuse de Lisa Randall și Raman Sundrum care au dat speranță pentru crearea de mini găuri negre la LHC.
Un al treilea mod de a avea un model relativist care să explice relația lui Milgrom este paradoxal să-l derivăm dintr-un anumit model de materie întunecată propus de Luc Blanchet .
Numită materie întunecată dipolară prin analogie cu ceea ce se întâmplă în mediile dielectrice, aceasta ar fi alcătuită din perechi de particule de aceeași masă, dar din semne opuse. Nu este ușor să luăm în considerare masele negative în relativitatea generală și este necesar să adăugăm o nouă forță, astfel încât aceste perechi să fie legate într-un mod stabil. Dar, remarcabil, fără a modifica ecuațiile lui Einstein și faptul că, în acest model, haloul de materie întunecată care înconjoară galaxiile se comportă ca un fel de mediu polarizabil din punct de vedere al gravitației, găsim relația lui Milgrom.
Dar Benoît Famaey nu ne-a ascuns că există alte probleme mult mai grave cu Mond decât aceea de a găsi o formulare relativistă. Luăm din nou extrase din explicațiile sale.
Benoît Famaey: Probabil cea mai frecvent citată problemă este cea întâlnită la studierea grupurilor de galaxii folosind efectul de lentilă gravitațională. Cel mai faimos caz este cel al „Bullet Cluster”, dar, de fapt, nu respinge complet Mond. Strict vorbind, tot ceea ce arată aceste observații este că Mond fără materie întunecată nu raportează observații pentru grupuri, dar nu suntem obligați să explicăm ceea ce instrumentele noastre ne arată doar cu materie întunecată. S-ar putea ca modificările legii gravitației ȘI a particulelor de materie întunecată să fie exact descrierea corectă a lumii galaxiilor, a grupurilor de galaxii și a cosmologiei.