Depuis la fin des années 1990, les physiciens ont la certitude que l’Univers ne fait pas que grossir, il semble aussi s’étendre à un rythme toujours plus rapide.
Une force mystérieuse appelée énergie sombre est actuellement considérée comme responsable de cette croissance accélérée, mais une nouvelle étude soulève la possibilité que ce qui semble être un type d’énergie pourrait être une illusion causée par la structure changeante de l’Univers.
Des physiciens de l’université de Loránd, en Hongrie, et de l’Institut d’astronomie de l’université d’Hawaï se demandent maintenant si des approximations dans les équations d’Einstein n’ont pas introduit de “graves effets secondaires ” donnant l’illusion d’une vaste force inconnue qui repousse l’espace.
Si elle existe, l’énergie noire représenterait environ 68 % de l’énergie de l’Univers observable, mais avec seulement 10-27 kilogrammes par mètre carré, elle serait incroyablement difficile à repérer en laboratoire.
Outre la question de l’accélération, l’énergie noire contribue également à expliquer des choses telles que la forme générale de l’Univers et les modèles de matière que nous voyons onduler dans l’espace.
Le problème est qu’à l’heure actuelle, elle n’est guère plus qu’une boîte vide sans aucune autre propriété pour décrire la nature de son existence.
En tant que telle, on suppose actuellement qu’il s’agit d’une partie fondamentale de l’espace vide connue sous le nom de constante cosmologique, représentée par la lettre grecque lambda (Λ).
Au début du20e siècle, Einstein a proposé la constante cosmologique comme une sorte de facteur de correction pour expliquer pourquoi toute la masse dispersée dans l’Univers ne se rassemblait pas sous l’effet de sa propre gravité.
Lorsque Edwin Hubble a montré que l’Univers ne résistait pas seulement à l’effondrement, mais qu’il était en expansion, la constante cosmologique a été jetée à la poubelle.
On sait maintenant que l’Univers semblait croître à un rythme plus lent dans sa jeunesse qu’aujourd’hui, ce qui rend la constante cosmologique à nouveau utile pour expliquer cette augmentation de vitesse.
Associée à un autre facteur hypothétique de la “boîte noire”, le modèle de la matière noire (ΛCDM), pour expliquer l’évolution de l’Univers. La matière noire, qui représenterait 27 % supplémentaires de l’Univers connu, donne le Lambda Cold
Si la théorie générale de la relativité d’Einstein est à l’origine d’une grande partie des fondements de ce modèle, les mathématiques ne sont pas toujours aussi faciles à appliquer, ce qui pousse les physiciens à en décortiquer certaines parties à l’aide d’hypothèses éclairées.
Mais dans cette dernière étude, les chercheurs affirment que ces approximations ont ignoré les influences potentiellement importantes des structures à grande échelle dans l’Univers.
“Les équations de la relativité générale d’Einstein, qui décrivent l’expansion de l’Univers, sont si complexes sur le plan mathématique que, depuis cent ans, aucune solution tenant compte de l’effet des structures cosmiques n’a été trouvée”, a déclaré László Dobos, de l’université Eötvös Loránd.
S’il était possible de sortir de l’Univers pour un instant et de le regarder d’en haut, on verrait des fils de galaxies appelés superamas tapissant ce qui ressemble à des espaces relativement vides.
Le modèle ΛCDM suppose une expansion uniforme qui s’accélère progressivement grâce à la poussée croissante de l’énergie sombre qui l’emporte sur la traction de la matière sombre et normale répartie uniformément dans l’espace.
Pourtant, selon les physiciens impliqués dans cette nouvelle recherche, les structures à grande échelle – les “bulles” d’espace apparemment vide et les galaxies qui les entourent – créeraient des zones où l’expansion se produit à des vitesses différentes, presque comme des mini-univers.
En modélisant mathématiquement l’effet de la gravité sur des millions de particules représentant la matière noire, l’équipe a réussi à recréer le regroupement de la matière dans l’Univers primitif de manière à ce qu’il ressemble aux structures à grande échelle des galaxies.
Dans leur modèle, l’Univers est toujours en expansion, mais les différences individuelles dans la façon dont ces bulles se développent se traduisent par une accélération globale.
“Nos résultats s’appuient sur une conjecture mathématique qui permet l’expansion différentielle de l’espace, conformément à la relativité générale, et ils montrent comment la formation de structures complexes de matière affecte l’expansion”, a déclaré Dobos.
“Ces questions étaient auparavant balayées sous le tapis, mais leur prise en compte permet d’expliquer l’accélération sans avoir besoin de l’énergie sombre.”
Le modèle pose ses propres hypothèses nécessaires, mais s’il résiste à l’examen, il pourrait expliquer pourquoi l’expansion de l’Univers semble s’accélérer, le tout sans avoir besoin de pression négative.
Si l’idée en soi est nouvelle, la recherche de moyens de contourner le besoin d’un mystérieux type d’énergie a donné lieu à un certain nombre de solutions créatives ces dernières années.
Au début de l’année, une étude publiée dans Science a suggéré que l’énergie noire pouvait s’expliquer comme une sorte de déficit, comme si l’Univers avait eu une “fuite d’énergie” à un moment donné de son évolution.
Bien que cette explication enfreigne l’une des grandes règles de la physique (l’énergie ne peut être ni perdue ni créée), elle permettrait également de lever le point d’interrogation persistant sur la composition de 68 % de l’Univers.
Il ne fait aucun doute que l’énergie sombre est un problème difficile à résoudre. Il faudra donc peut-être sortir des sentiers battus – voire de l’Univers tout entier – pour trouver une solution.
Cette recherche a été publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.