Pourquoi les étoiles situées à la périphérie des galaxies se déplacent-elles comme elles le font, alors que la matière visible ne semble pas suffire à expliquer leurs mouvements ? Cette question constitue l’un des enjeux de l’astrophysique contemporaine. Pour y répondre, une piste consiste à remettre en question non pas directement la gravitation, mais la manière dont les objets physiques réagissent aux forces qui leur sont appliquées.
C’est l’approche explorée par Jonathan Gillot, chercheur à l’Institut FEMTO-ST et enseignant à l’Université Marie et Louis Pasteur ainsi qu’à SUPMICROTECH. Sa théorie, baptisée Quantum Modified Inertia (QMI), propose une modification du comportement inertiel des systèmes physiques dans certaines conditions extrêmes.
L’objectif est notamment de proposer une interprétation alternative aux anomalies de rotation des galaxies, habituellement expliquées par la présence de matière noire, une composante dont la nature reste inconnue. À ce stade, la QMI constitue une hypothèse théorique dont les conséquences doivent être confrontées aux observations.
Du monde quantique à la relativité
Le point de départ des travaux repose sur une idée issue de la physique quantique : un système physique ne peut pas nécessairement passer instantanément d’un état à un autre. Une durée minimale serait nécessaire à son évolution.
Jonathan Gillot propose d’étendre ce principe au cadre de la physique relativiste, en étudiant le rôle du temps propre dans la dynamique des systèmes accélérés. Cette démarche conduit à envisager des limites fondamentales au comportement inertiel de la matière, lorsque les accélérations atteignent des valeurs extrêmes.
La théorie introduit ainsi deux échelles : une accélération maximale et une accélération minimale. La première s’inscrit dans la continuité de travaux antérieurs, notamment ceux du physicien Ettore Caianiello. La seconde constitue un élément central de la QMI.
Dans le cadre du modèle, cette accélération minimale est estimée à environ 1,8 × 10?¹¹ m/s². À des niveaux aussi faibles, la relation classique entre force et accélération ne décrirait plus entièrement la réponse inertielle du système.
Une inertie modifiée, plutôt qu’une nouvelle gravitation
La distinction est importante. La QMI ne consiste pas à modifier directement la loi de la gravitation. Elle conserve, dans son principe, une description conventionnelle de la force gravitationnelle, mais propose que la réaction d’un système à cette force puisse différer de celle prévue par la mécanique habituelle.
Comme le résume le principe de la théorie, c’est "la réponse inertielle du système à cette force" qui est modifiée. Dans les situations courantes, les effets de cette modification seraient négligeables et la dynamique relativiste usuelle serait progressivement retrouvée. Des écarts pourraient en revanche apparaître lorsque l’accélération se rapproche des limites définies par le modèle.
Cette approche vise donc à expliquer certains phénomènes sans introduire nécessairement une composante supplémentaire de matière. Elle ne démontre toutefois pas, à elle seule, que la matière noire n’existe pas : elle propose un autre cadre théorique pour rendre compte de certaines observations astronomiques.
Des applications aux galaxies
Les régions périphériques des galaxies constituent un terrain d’étude privilégié. À mesure que l’on s’éloigne du centre galactique, l’accélération gravitationnelle produite par la matière ordinaire devient très faible. C’est précisément dans ce régime que les effets envisagés par la QMI pourraient devenir significatifs.
Jonathan Gillot a notamment appliqué son modèle aux courbes de rotation de la galaxie DDO52 et de la Voie lactée. Ces courbes décrivent la vitesse orbitale des étoiles et du gaz en fonction de leur distance au centre galactique. Elles font partie des outils utilisés pour étudier la répartition de la matière dans les galaxies.
La théorie a également été examinée à travers la relation d’accélération radiale et différents systèmes gravitationnels soumis à de faibles accélérations. Ces applications doivent permettre d’évaluer dans quelle mesure les prédictions du modèle correspondent aux observations et de déterminer ses limites.
L’approche se distingue ainsi des théories élaborées directement pour expliquer les anomalies astrophysiques. Son point de départ est plus fondamental : elle cherche à relier les limites quantiques de l’évolution, le temps propre relativiste et le comportement inertiel de la matière. Les galaxies constituent ensuite un moyen de mettre cette hypothèse à l’épreuve.
De nouvelles recherches avec un financement ATRACT
Les travaux de Jonathan Gillot ont été publiés dans The European Physical Journal C, revue scientifique consacrée notamment à la physique théorique et à ses applications. Cette publication ouvre une nouvelle étape dans l’exploration du modèle et de ses conséquences.
Un financement ATRACT, mené en collaboration avec Annie Robin, chercheuse à l’Institut UTINAM, doit désormais permettre de poursuivre ces recherches.
L’enjeu sera notamment de préciser les prédictions de la QMI et de les confronter à davantage de données astrophysiques. Comme pour toute proposition théorique, sa portée dépendra de sa capacité à rendre compte des observations et à se distinguer des modèles concurrents.
La QMI ne remet donc pas définitivement en cause l’explication par la matière noire. Elle ajoute une piste au débat scientifique sur la dynamique des galaxies, en posant une question fondamentale : les mouvements observés à l’échelle de l’Univers pourraient-ils aussi révéler les limites de notre compréhension de l’inertie ?
