Cadres théoriques où les effets de la matière noire sont expliqués par des modifications des lois de la gravitation.Les théories de gravité modifiée sont des cadres alternatifs qui cherchent à expliquer les effets observés attribués à la matière noire sans invoquer une particule invisible. Au lieu d'ajouter de la masse aux galaxies et aux amas, ces théories modifient les lois de la gravité à grande échelle, par exemple en altérant la loi en carré inverse ou en introduisant des champs supplémentaires. L'exemple le plus marquant est la dynamique newtonienne modifiée (MOND), qui postule que l'accélération gravitationnelle s'écarte des prédictions newtoniennes en dessous d'un certain seuil.
La MOND a été proposée par Mordehai Milgrom en 1983. Des extensions relativistes ont été développées plus tard, notamment par Jacob Bekenstein en 2004 avec TeVeS. L'idée reste controversée, car elle peine à reproduire les observations des amas de galaxies et du fond diffus cosmologique sans une certaine forme de matière noire.
Dans la gravité modifiée, la force gravitationnelle ou la métrique de l'espace-temps est ajustée de sorte que les courbes de rotation des galaxies s'aplatissent sans masse supplémentaire. Par exemple, la MOND introduit une échelle d'accélération caractéristique en dessous de laquelle la gravité devient plus forte que celle de Newton. Les versions relativistes, comme la gravité tenseur-vecteur-scalaire (TeVeS), intègrent cette idée dans un cadre cosmologique complet, visant à reproduire les lentilles gravitationnelles et l'expansion cosmique sans matière noire.
Les théories de gravité modifiée sont principalement utilisées en cosmologie et en astrophysique théoriques pour tester des alternatives à la matière noire, guidant les campagnes d'observation qui recherchent des écarts dans les lentilles gravitationnelles ou la dynamique des galaxies.
Certains modèles de gravité modifiée prédisent que le champ gravitationnel d'un trou noir pourrait différer subtilement de celui de la relativité générale, modifiant potentiellement la forme de son ombre — un effet qui pourrait être testé avec le télescope Event Horizon.
| F | variable | Gravitational force magnitude — force newton |
| M | variable | Mass of the central object — masse kilogram |
| m | variable | Mass of the test particle — masse kilogram |
| r | variable | Distance between masses — distance metre |
| ρ | variable | Energy density of the cosmic fluid — densité d'énergie joule per cubic metre |
| w | variable | Equation-of-state parameter of the fluid — paramètre d'équation d'état |
| G | constante | Universal constant of gravitation — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| E_n | variable | Perturbed energy of state n — énergie joule |
| E_n^{(0)} | variable | Unperturbed energy of state n — énergie joule |
| E_m^{(0)} | variable | Unperturbed energy of state m — énergie joule |
| H' | variable | Perturbation Hamiltonian — hamiltonien joule |
| |n^{(0)}\rangle | variable | Unperturbed state n — état quantique |
| |m^{(0)}\rangle | variable | Unperturbed state m — état quantique |
| \sum_{m \neq n} | opérateur | Sum over all states m except n — somme |
| \langle m^{(0)} | H' | opérateur | Matrix element of perturbation between unperturbed states — élément de matrice |
