Depuis plus d’un siècle, les scientifiques savent que l’univers se développe rapidement. Ce phénomène, nommé en l’honneur des astronomes qui l’ont confirmé indépendamment (Edwin Hubble et Georges Lemaître), est connu sous le nom de constante de Hubble-Lemaitre (ou constante cosmologique). Dans les années 1990, le Télescope spatial Hubble (conçu pour mesurer cette constante) a révélé que la vitesse à laquelle l’univers s’étendait était plus lente au début de l’univers, qui était en “tension” avec des mesures d’époques cosmiques récentes. C’est ce qui a conduit au “Tension de Hubble“En astrophysique et en cosmologie, et la théorie de l’énergie sombre (DE) comme moyen possible d’expliquer l’écart.
Avec le déploiement du Télescope spatial James Webb (JWST), les scientifiques espéraient résoudre la tension Hubble une fois pour toutes. Malheureusement, les observations de Webb n’ont fait qu’absence le mystère, indiquant que l’expansion cosmique était brièvement plus rapide dans l’univers très tôt. Cela a conduit à de nouvelles théories concernant le DE, y compris la première énergie noire (EDE) ou la possibilité que la force cosmique puisse s’affaiblir avec le temps. Ce dernier est argumenté dans un étude récente par des chercheurs de l’Université de Chicago sur la base des données obtenues par le Enquête sur l’énergie noire (Des) et Instrument spectroscopique d’énergie sombre (Desi).
L’étude a été menée par Anowar J. Shajib et Joshua A. FriemanFellow de Kavli Institute for Cosmological Physics (KICP) et boursier Einstein et professeur émérite d’astronomie et d’astrophysique à l’Université de Chicago (respectivement). Shajib est également le co-conventeur de l’équipe topique de lentille forte au sein de la collaboration Sark Energy Science (DESC) de l’Observatoire de Rubin et de la collaboration des STRIEM, tandis que Frieman est chercheur au SLAC National Accelerator Laboratory. L’article détaillant leur étude a été publié dans la revue Revue physique D.
La combinaison des contraintes de tous les ensembles de données principaux dans un modèle d’inspiration inspirée de la physique montre que l’univers se développera plus lentement au fil du temps. Crédit: Shajib & Freiman (2025)
L’année dernière, DES et DESI ont publié des résultats qui ont d’abord laissé entendre la possibilité que l’énergie sombre puisse évoluer, déclenchant une grande excitation dans la communauté astrophysique. Dans leur nouvel article, Frieman et Shajib ont combiné les données actuelles de nombreux observatoires et ont constaté que ces données sont plus cohérentes avec les modèles dynamiques de DE plutôt que d’être constants. Pour être juste, les scientifiques ont théorisé depuis les années 1990 que le DE pourrait être de nature dynamique pour résoudre les écarts d’observation. Cela était basé sur des observations de Hubble et des missions qui ont fourni des mesures de plus en plus sensibles du fond micro-ondes cosmiques (CMB).
Cependant, ce n’est que récemment que la plupart des ensembles de données majeurs et robustes étaient incompatibles avec les modèles de DE non évolués qui ont déclaré que la densité d’énergie reste constante au fil du temps pendant que l’espace se développe. Cette interprétation de la constante cosmologique est fondamentale du modèle standard de cosmologie, également connu sous le nom de Lambda Cold Dark Matter (LCDM) Modèle. Néanmoins, l’intérêt pour cette théorie alternative du DE s’est développé en raison d’une combinaison de données concernant les supernovae, les oscillations acoustiques baryoniques (BAOS) et les missions comme la Sonde d’anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (Wmap) et le Télescope spatial de Planck.
Ces missions ont laissé entendre que la constante cosmologique, introduite par Einstein il y a plus de 100 ans comme force de «contre-gravité», pourrait ne pas être aussi constante. Au lieu de cela, les nouvelles données suggèrent que le DE peut être un phénomène dynamique qui perd de la densité au fil du temps. Shajib et Freiman ont également constaté qu’au cours des derniers milliards d’années, la densité de DE a diminué d’environ 10%, beaucoup moins que les densités d’autres matières et énergies, mais toujours significatives. Comme ils l’ont expliqué dans une interview avec Uchicago Sciences physiques:
L’objectif de cette étude est de comparer les prévisions d’un modèle physique pour évoluer l’énergie sombre avec les derniers ensembles de données et de déduire les propriétés physiques de l’énergie sombre de cette comparaison. Le «modèle» en évolution de l’énergie noire utilisée dans la plupart des analyses de données précédentes n’est qu’une formule mathématique qui n’est pas limitée à se comporter comme le font les modèles physiques.
Dans notre article, nous comparons directement les modèles basés sur la physique pour évoluer l’énergie sombre aux données et constatons que ces modèles décrivent mieux les données actuelles que le modèle d’énergie noire standard et non en évolution. Nous montrons également que des enquêtes sur les futurs proches telles que Desi et le Vera Rubin Observatory Héritage enquête sur l’espace et le temps (LSST) pourront nous dire définitivement si ces modèles sont corrects ou si, au lieu de cela, l’énergie sombre est vraiment constante.
L’observatoire Vera C. Rubin illustré au sommet de Cerro Pachón au Chili. Crédit: NSF / DOE
Leurs modèles sont basés sur des théories de la physique des particules concernant un type de particule hypothétique appelée axions, qui ont d’abord été prédites par les physiciens dans les années 1970. Ces dernières années, des axions ont été proposés comme candidat possible pour l’insaisissable de la matière noire, et de nombreux détecteurs du monde entier les recherchent activement. Dans les modèles développés par Shajib et Freiman, une version ultra-légère des axions agirait à la place, ce qui était constant pendant les premiers milliards d’années d’histoire cosmique, puis a commencé à évoluer à mesure que leur densité diminuait lentement.
Si le DE est la raison de l’expansion accélérée de l’univers et que sa densité diminue avec le temps, cette accélération diminuera avec le temps. Selon la nature du DE, le sort de l’univers pourrait se résumer à deux résultats extrêmes. D’une part, il y a le grand scénario RIP, où l’expansion cosmique continue de s’accélérer, arrachant finalement le tissu (alias. The Big Rip). D’un autre côté, il y a le grand croquant, où l’expansion cosmique finira par ralentir et inverser, provoquant toute la matière se rafraîchir sur un seul point dans un “big bang inversé”.
En fin de compte, leurs modèles suggèrent que l’univers évitera ces deux extrêmes et subira une expansion accélérée pendant plusieurs milliards d’années à la place. Cela finira par entraîner un univers froid et sombre – Aka. Le grand gel. Hélas, il y a encore de nombreuses questions qui attendent d’être résolues. Dit Freiman:
Nous savons maintenant précisément à quel point il y a de l’énergie sombre dans l’univers, mais nous n’avons aucune compréhension physique de ce que c’est. L’hypothèse la plus simple est que c’est l’énergie de l’espace vide lui-même, auquel cas il serait immuable dans le temps, une notion qui remonte à Einstein, Lemaitre, de Sitter et autres au début du siècle dernier. C’est un peu gênant que nous ayons peu ou pas de moi de ce qu’est 70% de l’univers. Et quoi qu’il en soit, cela déterminera l’évolution future de l’univers.
Des enquêtes à proximité telles que l’instrument spectroscopique d’énergie noire et l’instrument Vera Rubin Observatory Legacy Enquête sur l’espace et le temps (LSST) devraient clarifier l’histoire et la nature de l’expansion cosmique. Ce que ces enquêtes révèlent aideront à déterminer quel modèle de cosmologie est correct – le modèle LCDM standard ou le modèle Dynamique DE.
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