Een van de grootste mysteries in de hedendaagse astrofysica is dat de krachten in sterrenstelsels niet optellen. Sterrenstelsels roteren veel sneller dan voorspeld door de zwaartekrachtwet van Newton toe te passen op hun zichtbare materie, ondanks dat deze wetten overal in het zonnestelsel goed werken.
Om te voorkomen dat de sterrenstelsels zich verspreiden, is extra zwaartekracht nodig. Dit is de reden waarom voor het eerst het idee van een onzichtbare substantie genaamd donkere materie werd voorgesteld. Maar niemand heeft het ding ooit gezien. En in het enorm succesvolle Standaardmodel van de deeltjesfysica zijn er geen deeltjes die donkere materie zouden kunnen zijn – het moet iets heel exotisch zijn.
Dit leidde tot het rivaliserende idee dat galactische afwijkingen werden veroorzaakt door een mislukking van de wetten van Newton. Het meest succesvolle idee staat bekend als de Milgrom-dynamica of Mond, voorgesteld door de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom in 1982. Maar ons recente onderzoek laat zien dat deze theorie in de problemen zit.
Monds belangrijkste postulaat is dat de zwaartekracht zich anders begint te gedragen dan Newton had verwacht als deze erg zwak wordt, zoals aan de randen van sterrenstelsels. Mond is behoorlijk succesvol in het voorspellen van de rotatie van een sterrenstelsel zonder donkere materie, en heeft nog verschillende andere successen geboekt. Maar veel ervan kunnen ook worden verklaard door donkere materie, waarbij de wetten van Newton behouden blijven.
Dus hoe stellen we Mond aan de definitieve test? Wij doen dit al vele jaren. De sleutel is dat Mond het gedrag van de zwaartekracht alleen verandert bij kleine versnellingen, en niet op een bepaalde afstand van het object. Je zult minder versnelling voelen aan de rand van een hemellichaam (planeet, ster of sterrenstelsel) dan wanneer je er dichtbij bent. Maar de hoeveelheid versnelling, en niet de afstand, voorspelt waar de zwaartekracht sterker zou moeten zijn.
Dit betekent dat, hoewel de Mond-effecten doorgaans enkele duizenden lichtjaren verwijderd zijn van de Melkweg, de effecten, als we naar een individuele ster kijken, zeer significant zouden worden op een tiende van een lichtjaar. Dat is slechts een paar duizend keer groter dan een astronomische eenheid (AU) – de afstand tussen de aarde en de zon. Maar zwakkere Mond-effecten zouden ook op nog kleinere schaal merkbaar moeten zijn, zoals in de buitenste delen van ons zonnestelsel.
Dit brengt ons bij de Cassini-missie, die tussen 2004 en zijn laatste vurige val naar de planeet in 2017 in een baan rond Saturnus draaide. Saturnus draait in een baan om de zon met een snelheid van 10 AU. Vanwege de eigenaardigheid van Mond zou de zwaartekracht van de rest van onze Melkweg ervoor moeten zorgen dat de baan van Saturnus op subtiele manieren afwijkt van de Newtoniaanse verwachtingen.
Dit kan worden getest door radiopulsen tussen de aarde en Cassini te meten. Omdat Cassini in een baan om Saturnus draaide, hielp dit bij het meten van de afstand tussen de aarde en Saturnus en konden we de baan van Saturnus nauwkeurig volgen. Maar Cassini vond geen van de verwachte afwijkingen op Mondo. Newton werkt nog steeds goed voor Saturnus.