Jeudi, les astronomes menant l’étude la plus vaste et la plus précise de l’histoire de l’univers ont annoncé qu’ils pourraient avoir découvert une faille majeure dans leur compréhension de l’énergie noire, la force mystérieuse qui accélère l’expansion du cosmos.
L’énergie noire est considérée comme une force constante dans l’univers, aujourd’hui et tout au long de l’histoire cosmique. Mais de nouvelles données suggèrent que l’énergie noire pourrait être plus volatile, devenir plus forte ou plus faible avec le temps, inverser sa tendance ou même disparaître.
“Comme dirait Biden, il s’agit d’un BFD”, a déclaré Adam Riess, astronome à l’Université Johns Hopkins et au Space Telescope Science Institute de Baltimore. Il a partagé le prix Nobel de physique 2011 avec deux autres astronomes pour la découverte de l’énergie noire, mais n’a pas participé à la nouvelle étude. “C’est peut-être le premier véritable indice que nous ayons sur la nature de l’énergie noire depuis 25 ans”, a-t-il déclaré.
Cette conclusion, si elle se confirme, pourrait libérer les astronomes – et nous tous – des vieilles et sombres prédictions sur le sort ultime de l’univers. Si les performances de l’énergie noire étaient constantes dans le temps, elles finiraient par éloigner toutes les étoiles et galaxies si loin que même les atomes se diviseraient, drainant l’univers de toute vie, lumière, énergie et pensée, et le condamnant à un monde éternel. cas d’impuissance cosmique. Au lieu de cela, il semble que l’énergie noire soit capable de changer de cap et de diriger le cosmos vers un avenir plus riche.
Les principaux mots-clés sont « peut » et « pourrait ». Les nouvelles découvertes ont environ une chance sur 400 d’être une erreur statistique, un niveau d’incertitude appelé trois sigma, qui est loin de l’étalon-or en matière de découvertes, appelé cinq sigma : une chance sur 1,7 million. Dans l’histoire de la physique, même cinq événements sigma se sont évaporés à mesure que de nouvelles données ou de meilleures interprétations des données émergeaient.
La nouvelle figure dans le premier rapport d’étape, publié dans une série d’articles, par une collaboration internationale majeure appelée Dark Energy Spectroscopique Instrument, ou DESI. Le groupe vient de lancer un effort de cinq ans visant à créer une carte tridimensionnelle des positions et des vitesses de 40 millions de galaxies sur 11 milliards d’années de temps cosmique. Sa carte initiale, basée sur la première année d’observations, ne comprenait que six millions de galaxies. Les résultats ont été publiés aujourd’hui lors de la réunion de l’American Physical Society à Sacramento, en Californie, et lors de la conférence des Rencontres de Moriond en Italie.
“Jusqu’à présent, nous constatons un accord fondamental avec nos meilleurs modèles de l’univers, mais nous constatons également des différences potentiellement intéressantes qui pourraient indiquer que l’énergie noire évolue au fil du temps”, a déclaré Michael Levi, directeur du DESI, dans un communiqué publié par Lawrence Berkeley. Laboratoire National, qui gère ce projet.
L’équipe DESI ne s’attend pas à trouver des résultats favorables dans l’immédiat, a déclaré dans une interview Nathalie Palanque-Delabrouille, astrophysicienne au laboratoire Lawrence Berkeley et porte-parole du projet. Les résultats de la première année avaient simplement pour but de confirmer ce qui était déjà connu, a-t-il déclaré : “Nous pensions que nous validerions fondamentalement le modèle standard.”
Mais l’inconnu leur sauta dessus.
Lorsque les scientifiques ont combiné leur carte avec d’autres données cosmologiques, ils ont été choqués de constater qu’elle ne correspondait pas complètement au modèle standard de l’univers, jusqu’à présent fiable, qui suppose que l’énergie noire est fixe et immuable. L’énergie sombre variable correspond mieux aux points de données.
«C’est certainement plus qu’une simple curiosité», explique le Dr. Palanque-Delabrouille. «J’appellerais cela un indice. Oui, ce n’est pas encore une preuve, mais c’est intéressant.
Cependant, les cosmologistes prennent cette allusion au sérieux.
Wendy Freedman, astrophysicienne à l’Université de Chicago qui a dirigé les efforts visant à mesurer l’expansion de l’univers, a salué la nouvelle enquête comme étant « d’excellentes données ». Les résultats, a-t-il déclaré, « ouvrent le potentiel d’une nouvelle fenêtre dans la compréhension de l’énergie noire, la composante dominante de l’univers, qui reste le plus grand mystère de la cosmologie. Très intéressant.”
Michael Turner, professeur émérite à l’Université de Chicago qui a inventé le terme « énergie noire », a déclaré dans un courrier électronique : « Bien que la combinaison d’ensembles de données soit difficile, et ce sont des résultats préliminaires du DESI, la preuve de la possibilité que l’énergie noire ne soit pas disponible. constante est la meilleure nouvelle que j’ai jamais entendue depuis que l’accélération cosmique a été fermement établie il y a plus de 20 ans.
L’énergie sombre est entrée dans la conversation en 1998, lorsque deux groupes d’astronomes concurrents, dont le Dr. Riess, a découvert que l’expansion de l’univers s’accélère plutôt que de ralentir, comme s’y attendaient la plupart des astronomes. Ces premières observations semblaient suggérer que cette énergie noire agit comme le fameux facteur de folie – désigné par la lettre grecque Lambda – qu’Einstein a incorporé dans sa formule pour expliquer pourquoi l’univers ne s’effondre pas sous l’effet de sa propre gravité. Il a ensuite qualifié cela de sa pire erreur.
Mais peut-être a-t-il parlé trop vite. Formulée par Einstein, Lambda est une propriété de l’espace lui-même : plus il y a d’espace à mesure que l’univers s’étend, plus il y a d’énergie sombre, poussant de plus en plus fort et conduisant finalement à un avenir complètement sombre.
L’énergie sombre fait partie du modèle standard de l’univers connu sous le nom de LCDM, composé de 70 % d’énergie noire (Lambda), 25 % de matière noire froide (un groupe de particules exotiques à mouvement lent) et 5 % de matière atomique. Jusqu’à présent, le modèle appelle mais n’est pas cassé par le nouveau télescope spatial James Webb. Mais que se passerait-il si l’énergie noire n’était pas aussi constante que le supposent les modèles cosmologiques ?
Le problème est un paramètre appelé w, qui est une mesure de la densité, ou de la colère, de l’énergie noire. Dans la version d’Einstein de l’énergie noire, ce nombre reste constant, à -1, tout au long de la vie de l’univers. Les cosmologues utilisent cette valeur dans leurs modèles depuis 25 ans.
Mais cette version de l’énergie noire n’est que la plus simple. “Avec DESI, nous avons désormais atteint une précision qui nous permet d’aller au-delà de ces modèles simples”, a déclaré le Dr. Palanque-Delabrouille, « pour voir si la densité de l’énergie noire est constante dans le temps, ou s’il y a une certaine fluctuation et évolution avec le temps ».
Le projet DESI, qui a duré 14 ans, visait à tester la constance de l’énergie noire en mesurant la vitesse à laquelle l’univers s’est développé à différents moments du passé. Pour ce faire, les scientifiques ont équipé le télescope de l’observatoire national de Kitt Peak de 5 000 détecteurs à fibre optique capables d’effectuer une spectroscopie sur des milliers de galaxies simultanément et de déterminer à quelle vitesse elles s’éloignent de la Terre.
Pour mesurer la distance, les chercheurs ont utilisé des bosses dans la distribution des galaxies cosmiques, connues sous le nom d’oscillations acoustiques baryoniques. Ces renflements ont été imprimés dans le cosmos par les ondes sonores du plasma chaud qui remplissait l’univers alors qu’il n’avait que 380 000 ans. À cette époque, le renflement avait un diamètre d’un demi-million d’années-lumière. Aujourd’hui, 13,5 milliards d’années plus tard, l’univers s’est agrandi mille fois et le renflement – qui mesure désormais 500 millions d’années-lumière de diamètre – sert de mesure cosmique pratique.
Les scientifiques du DESI divisent l’histoire cosmique des 11 milliards d’années écoulées en sept périodes. (L’univers a 13,8 milliards d’années.) Pour chacun d’entre eux, ils ont mesuré la taille de ces renflements et la vitesse à laquelle les galaxies qu’ils contiennent s’éloignaient de nous et les unes des autres.
Lorsque les chercheurs ont rassemblé tout cela, ils ont découvert que l’hypothèse habituelle – une énergie noire constante – ne fonctionnait pas pour décrire l’expansion de l’univers. Les galaxies des trois périodes les plus récentes semblent plus rapprochées qu’elles ne devraient l’être, ce qui suggère que l’énergie noire pourrait évoluer avec le temps.
“Et nous voyons effectivement des indices selon lesquels la nature de l’énergie noire ne correspond pas à une simple constante cosmologique” mais peut “présenter quelques écarts”, a déclaré le Dr. Palanque-Delabrouille. “Et c’est la première fois que nous le faisons.” Mais, souligne-t-il encore, « je ne dirais pas encore que c’est une preuve. C’est trop, trop faible.
Le temps et d’autres données nous diront le sort de l’énergie noire et les modèles de l’univers testés au combat par les cosmologistes.
“Le LCDM est testé avec des tests de précision venant de toutes les directions”, a déclaré le Dr. Tourneur. « Et il l’a bien fait. Mais, quand tout est pris ensemble, il commence à sembler que quelque chose ne va pas ou qu’il manque quelque chose. Les choses ne s’accordent pas parfaitement. Et DESI est la dernière indication.
Dr. Riess de Johns Hopkins, qui a examiné les premiers résultats du DESI, a noté que « l’indice », s’il était validé, pourrait renverser les fondements d’autres mesures cosmologiques, telles que l’âge ou la taille de l’univers. “Ces résultats sont très intéressants et nous devons les prendre au sérieux”, a-t-il écrit dans son courrier électronique. « Ou pourquoi faisons-nous cette expérience ?
2024-04-05 02:20:16
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