Les mesures gravitationnelles de 259 000 galaxies isolées révèlent une corrélation étroite entre la matière noire et la matière ordinaire, conforme à la théorie de la gravité émergente d'Erik Verlinde et à la dynamique newtonienne modifiée (MOND). Ces résultats s'alignent également avec les simulations cosmologiques supposant une matière noire physique.
Depuis des années, astronomes et physiciens s'affrontent : la matière noire, détectée indirectement dans les confins de l'univers, est-elle une entité réelle ou le signe de failles dans nos lois gravitationnelles ? En 2016, le physicien néerlandais Erik Verlinde a proposé la gravité émergente comme alternative.
Une nouvelle étude, publiée dans Astronomy & Astrophysics, repousse les limites des observations de la matière noire dans les régions périphériques des galaxies, confrontant modèles de matière noire et théories gravitationnelles alternatives.
Cette recherche, menée par une équipe internationale dirigée par Margot Brouwer (RUG et UvA), avec Kyle Oman (RUG et Durham) et Edwin Valentijn (RUG), intègre Erik Verlinde. Brouwer avait déjà testé ses idées en 2016 ; cette fois, l'équipe s'élargit.
La matière noire n'a jamais été observée directement. Les astronomes détectent ses effets : déviation de la lumière stellaire, mouvements stellaires accélérés et dynamiques galactiques inhabituelles. Ces phénomènes impliquent une gravité supplémentaire, mais est-ce due à une matière invisible ou à une gravité incomprise ?
L'étude utilise les données du Kilo-Degree Survey (KiDS) de l'ESO, couvrant 1 000 degrés carrés du ciel – contre 180 en 2016 – pour analyser la distribution gravitationnelle d'un million de galaxies via l'effet de lentille forte.
Sur 259 000 galaxies isolées, les chercheurs ont mesuré la relation d'accélération radiale (RAR), comparant gravité attendue (matière visible) et mesurée, quantifiant ainsi l'excès gravitationnel. Grâce à la lentille gravitationnelle, le RAR est sondé à des forces 100 fois inférieures aux mesures précédentes, atteignant les zones extrêmes des galaxies.
Les données distinguent spirales bleues jeunes et elliptiques rouges anciennes, aux histoires formatives distinctes. Les modèles de matière noire prédisent des ratios variables ; Verlinde et MOND, une relation fixe.
Les RAR diffèrent nettement entre types galactiques, suggérant une matière noire réelle. Cependant, un halo de gaz chaud diffus, plus abondant autour des elliptiques, pourrait expliquer cela sans invoquer de particules sombres. Des mesures précises du gaz sont nécessaires pour trancher.
Si le gaz n'explique pas les écarts, les modèles de matière noire physique l'emportent provisoirement, mais le débat entre particules et gravité alternative perdure.
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