Théories alternatives pour la matière et l’énergie sombres – THALES

La nature de l'énergie sombre et de la matière noire constitue l'une des énigmes les plus complexes du modèle cosmologique standard. Notre projet vise à quantifier, d'un point de vue théorique confronté aux données observationnelles, la solidité de ce modèle autour de trois directions complémentaires visant principalement à apporter des solutions nouvelles aux problèmes du secteur sombre :

(i) Les théories de la gravitation modifiée. Plusieurs idées ont été avancées pour tenter de reproduire les observations conduisant à inférer l'existence de matière noire et d'énergie noire par des extensions de la relativité générale. On peut citer par exemple les modèles tenseur-vecteur-scalaire (TeVeS) ou le modèle branaire de Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP), mais aucune de ces propositions n'est pleinement satisfaisante. Nous comptons construire de telles extensions qui soient à la fois bien définies d'un point de vue théorique (par exemple sans fantômes ni tachyons) et en accord avec les contraintes locales sur la déviation à la relativité générale (système solaire, pulsars binaires). En particulier, nous prévoyons de nous concentrer sur les deux classes de modèles que sont les théories non-locales et les théories de gravitation massive.

(ii) Les modèles alternatifs de matière noire. En lien avec les travaux (i) et la phénoménologie MOND (modified Newtonian dynamics), nous souhaitons développer une meilleure compréhension théorique notamment au niveau de la physique fondamentale d'un modèle de matière noire qui permet de reproduire naturellement la phénoménologie MOND et est fondé sur le concept de « polarisation gravitationnelle » d'un milieu dipolaire représentant la matière noire.

(iii) Les tests des hypothèses du modèle cosmologique. Les deux directions théoriques principales (i) et (ii) serviront de base et de banc-test à l'établissement d'un formalisme post-Lambda-CDM qui nous permettra d'une part de comprendre les modèles favorisés mais aussi, et surtout, d'étendre aux échelles cosmologiques les tests des lois fondamentales. Ce formalisme s'accompagne de divers tests d'absence de déviation qui reposent sur des corrélations entre des prédictions de nos modèles. Toute déviation à l'un de ces tests indiquerait soit une violation du principe copernicien, soit la nécessité d'une extension de la relativité, soit encore révélerait certaines propriétés du secteur sombre, sans pour autant reposer sur un modèle précis.

Ce projet ANR rassemble les principaux physiciens théoriciens français travaillant dans le domaine des extensions de la relativité générale et de ses tests observationnels, tant du point de vue de la physique locale que cosmologique. Ils travaillent depuis plusieurs années sur le sujet et certains de leurs travaux ont déjà obtenu une reconnaissance internationale dans le domaine. L'ambition du projet est d'associer les expertises des meilleurs chercheurs en France et à l'étranger et de fédérer une communauté de réflexion, dont l'un des dénominateurs communs est son expertise en théories relativistes de la gravitation. Cet objectif repose sur de fortes collaborations internationales. Les moyens demandés concernent principalement des déplacements (visites et conférences), l'invitation de chercheurs étrangers et l'organisation d'un colloque international.