Qu’est-ce que l’énergie noire ? | Espace

L’énergie noire est le nom donné à la force mystérieuse qui fait que le taux d’expansion de notre univers s’accélère au fil du temps, plutôt que de ralentir. C’est contraire à ce que l’on pourrait attendre d’un univers qui a commencé par un Big Bang. Les astronomes du 20e siècle ont appris que l’univers est en expansion. Ils pensaient que l’expansion pourrait se poursuivre indéfiniment, ou finalement – si l’univers avait suffisamment de masse et donc d’auto-gravité – s’inverser et provoquer un Big Crunch. Aujourd’hui, dans la cosmologie du début du 21e siècle, cette idée a évolué. L’univers est considéré comme étant en expansion plus rapide aujourd’hui qu’il y a des milliards d’années. Qu’est-ce qui pourrait provoquer l’augmentation du taux d’expansion ? Les astronomes parlent maintenant parfois d’une force répulsive comme moyen possible de le comprendre.

Jusqu’à la fin des années 1990, la plupart des cosmologistes pensaient que l’univers n’avait pas assez de masse pour provoquer un Big Crunch. En particulier, les données acquises par le 2dF Galaxy Redshift Survey et le Sloan Digital Sky Survey semblaient confirmer que l’univers s’étendrait pour toujours, bien qu’à un rythme de plus en plus lent alors que la propre masse et la propre gravité de l’univers essayaient de le tirer en arrière.

La première indication de quelque chose de révolutionnaire sur le point d’être découvert est apparue en 1998 lors d’une enquête sur les supernovae de type 1A. Ces explosions massives d’étoiles géantes mourantes sont extrêmement utiles aux astronomes car elles produisent toujours la même quantité de lumière, et peuvent donc être utilisées comme des « bougies standard » pour calculer les distances dans le cosmos. L’idée est très simple. Pensez aux lucioles la nuit : elles brillent toutes avec la même luminosité intrinsèque. En mesurant leur luminosité depuis l’endroit où vous vous trouvez, vous pouvez calculer leur distance.

L’étude de 1998 était menée par deux groupes internationaux d’astronomes dont les Américains Adam Riess et Saul Perlmutter, et Brian Schmidt en Australie. Utilisant huit télescopes dans le monde entier, leur objectif était d’utiliser la distance des supernovae de type 1A pour calculer le taux d’expansion de l’univers, connu sous le nom de constante de Hubble (bien qu’en réalité, comme le taux d’expansion de l’univers varie avec le temps, ce n’est techniquement pas une constante).

Les résultats de l’enquête étaient étonnants. Les supernovae lointaines qui ont explosé lorsque l’univers n’avait que 2/3 de son âge actuel étaient beaucoup plus faibles qu’elles n’auraient dû l’être, et étaient donc beaucoup plus éloignées. Cela impliquait que l’univers s’était développé beaucoup plus rapidement qu’il n’aurait dû le faire, si les idées actuelles étaient correctes.

Rencontré avec beaucoup de scepticisme dans la communauté astronomique lorsque ces résultats ont été révélés, les observations ont rapidement été répliquées par d’autres équipes et d’autres méthodes. Au tournant du millénaire, il devenait évident que l’expansion de l’univers ne ralentissait pas, comme on le croyait généralement,. Elle est en fait en train de s’accélérer.

Plus étrange encore, l’expansion avait décéléré, comme on pouvait s’y attendre, jusqu’à sept ou huit milliards d’années après le Big Bang. Mais alors, pour des raisons totalement inconnues, une mystérieuse « force anti-gravité » a commencé à dominer, surmontant le frein que la gravité mettait à l’expansion, qui a alors inversé son ralentissement et a commencé à accélérer.

Vous pouvez imaginer à quel point cette révélation a choqué les astronomes et les cosmologistes.

La force responsable de cette accélération a été surnommée énergie sombre par les scientifiques. Dans ce cas, sombre signifie inconnu plutôt que littéralement sombre, comme c’est le cas pour la matière sombre. Il convient de noter que l’énergie noire et la matière noire sont des phénomènes totalement indépendants. Lire la suite : Qu’est-ce que la matière noire ?

Pour ajouter au mystère, les propriétés de cette étrange énergie noire semblent correspondre à la constante cosmologique d’Einstein, parfois appelée son facteur de truquage et décrite plus tard par Einstein lui-même comme la plus grande bourde professionnelle de sa vie. Einstein détestait l’idée d’un univers en expansion, préférant l’univers statique postulé par la cosmologie de l’état stationnaire, qui était populaire au début du 20e siècle. Il a inventé une force anti-gravité, d’origine indéfinie, pour contrecarrer l’expansion observée de l’univers, ce qui se traduirait par un univers non en expansion. Cependant, Einstein a par la suite rétracté cette idée, qui n’était pas étayée par les observations.

L’énergie noire est l’un des grands mystères non résolus de la cosmologie. On pense aujourd’hui qu’elle constitue 68% de tout ce qui existe dans l’univers, la matière normale, dite « baryonique » – chaque parcelle de matière que nous pouvons réellement voir – ne représentant que 5%, le reste étant constitué de matière noire, un autre énorme mystère cosmique.

L’énergie noire se comporte effectivement comme la force anti-gravité d’Einstein, mais sa nature et son origine restent inconnues. L’un de ses plus grands mystères est de savoir pourquoi l’énergie noire a commencé à dominer le taux d’expansion de l’univers à un moment particulier, des milliards d’années après le Big Bang. Si elle existe maintenant, pourquoi n’était-elle pas là depuis le début ?

La physique de l’énergie noire est hautement spéculative. Une idée qui a gagné du terrain ces dernières années est que l’énergie noire ressemble à une force connue sous le nom de « quintessence », qui est un parent du champ de Higgs. Mais jusqu’à présent, il n’y a pas de preuve observationnelle pour confirmer ou infirmer cette hypothèse.

Les cosmologistes ne savent pas non plus si l’énergie noire continuera à accélérer l’expansion de l’univers pour toujours, menant à un scénario, loin dans le futur, où l’accélération dépassera les forces qui maintiennent l’univers ensemble et déchirera littéralement toute la matière du cosmos, dans un scénario de cauchemar connu sous le nom de Big Rip.

Il existe plusieurs missions spatiales actuelles et futures et des enquêtes au sol qui étudieront la nature de l’énergie noire, notamment le télescope orbital WFIRST de la NASA et l’enquête internationale sur l’énergie noire, basée au Chili.

On espère que nous arriverons bientôt à mieux comprendre cette force mystérieuse, qui a une telle influence sur l’avenir du cosmos, mais pour parvenir à cette compréhension, nous devons esquisser une histoire beaucoup plus complète de l’univers. Cependant, l’archéologie de 13,7 milliards d’années est extrêmement difficile et longue, avec tant d’anciennes strates de cette histoire manquantes ou indistinctes, que nous ne devons pas nous attendre à des révélations soudaines.

La ligne de fond : L’univers s’étend plus rapidement que ne le prévoyaient les anciennes théories. L’énergie sombre, l’un des grands mystères non résolus de la cosmologie, pourrait être à l’origine de l’accélération de son expansion. On pense maintenant que l’énergie sombre constitue 68% de tout ce qui existe dans l’univers.