IXème Ecole de Cosmologie
3 -8 novembre 2008
IESC, Cargèse

Energie noire et gravitation

Gravitation Newtonienne modifiée et Théorie des champs

Gilles ESPOSITO-FARESE
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP)

Chapitres du Cours
  1. Introduction au modèle phénoménologique MOND
  2. À la recherche de modifications de la relativité générale
  1. La relativité générale
  2. Des idées qui ne marchent pas
  3. Dérivées d'ordres supérieurs
  4. Théories scalaire-tenseur
  5. K-essence
  6. MOND comme une k-essence
  1. Le problème de la déflexion de la lumière
  1. Couplage conforme
  2. Un faux théorème d'impossibilité
  3. Couplage difforme
  4. Modèles stratifié
  1. Difficultés des modèles stratifiés
  1. Stabilité
  2. Invariance de Lorentz locale
  3. Rayonnement Tcherenkov gravitationnel
  4. Pulsars binaires
  1.   Nouvelles pistes
  1. Couplage non-minimal à la courbure
  2. Théorie scalaire-tenseur non-minimale
  3. L'anomalie Pioneer
  4. Modèles Einstein-éther
  5. Modèles de matière noire
  1.  Conclusions

Résumé
Une modification de la loi de gravitation à grande distance, comme le modèle phénoménologique MOND proposé par Milgrom en 1983, permet d'expliquer les courbes de rotation des galaxies sans faire appel à l'existence de matière noire. Il est toutefois très difficile de prédire une telle physique dans une théorie des champs cohérente, stable et au problème de Cauchy bien posé. Nous discuterons des divers types de modification de la relativité générale qui ont été envisagés, et soulignerons leurs succès et leurs difficultés aussi bien du point de vue expérimental que théorique. Les modèles les moins satisfaisants reviennent à définir une théorie des champs différente pour chaque galaxie. Les plus prometteurs reproduisent la phénoménologie de MOND mais au prix d'ajustements fins de certaines fonctions, et présentent à la fois des instabilités génériques et des incompatibilités avec les tests précis de la gravitation effectués dans le système solaire ou avec les pulsars binaires. Nous soulignerons aussi que certains modèles ont été rapidement éliminés dans la littérature pour de mauvaises raisons, mais qu'ils ne résistent pourtant pas à d'autres arguments, comme le comportement des équations des champs à l'intérieur de la matière. Une classe d'entre eux permet néanmoins de reproduire l'anomalie des sondes Pioneer (si elle est confirmée) dans un cadre cohérent de théorie des champs. Nous mentionnerons pour finir quelques idées récentes qui pourraient permettre d'éviter les problèmes récurrents des modèles reproduisant MOND, bien que cela reste à démontrer.
Bibliographie
  • M. Milgrom, Astrophys. J. 270, 365 (1983)
  • R.H. Sanders and S.S. McGaugh, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40, 263 (2002), astro-ph/0204521
  • J.D. Bekenstein, Phys. Rev. D 70, 083509 (2004), astro-ph/0403694
  • R.H. Sanders, Mon. Not. R. Astron. Soc. 363, 459 (2005), astro-ph/0502222.
  • J.-P. Bruneton and G. Esposito-Farèse, Phys. Rev. D 76 (2007) 124012, arXiv:0705.4043 [gr-qc].
  • T. Jacobson, "Einstein-aether gravity: A Status report", arXiv:0801.1547 [gr-qc].

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