Le Mystère de l'énergie noire

Le mystère de l'énergie noire


par Paul de Brem
Révolution en astrophysique: contredisant des conceptions établies depuis soixante-dix ans, les chercheurs sont désormais persuadés que l'expansion de l'Univers s'accélère. Mais cette formidable force de répulsion mise en évidence implique l'action d'une énergie inconnue, omnipotente et omniprésente...


lbert Einstein, le père de la cosmologie moderne, se serait-il trompé? Sa théorie de la relativité souffrirait-elle d'une erreur? Aujourd'hui, l'ensemble de la communauté des astrophysiciens en est persuadée. Certes, parvenir à cette conclusion n'a pas été sans mal. Se résoudre à «tuer le père» ne fut pas non plus facile. Mais rien, apparemment, ne peut arrêter le splendide renouveau actuel de cette science.


En l'espace de quelques années, la vision que les astrophysiciens avaient de l'Univers s'est singulièrement modifiée. Depuis soixante-dix ans, pourtant, la cause semblait entendue: l'expansion de l'Univers se ralentit. Du fait de l'attraction gravitationnelle qui s'exerce entre les galaxies, la vitesse à laquelle elles s'éloignent les unes des autres devrait en effet s'infléchir. Pourtant, il n'en est rien. Contre toute attente, la dilatation de l'Univers s'accélère! Un résultat si surprenant que, pour en rendre compte, les théoriciens ont dû imaginer la présence d'une mystérieuse «énergie noire», force de répulsion à l'ouvre dans tout le cosmos.

Les restes gazeux de la supernova Cassiopeia A, qui a explosé à 10 000 années-lumière de la Terre. L'observation de tels phénomènes a révélé l'existence de l'énergie noire.
«C'est une révolution», s'enthousiasme Michel Cassé, du service d'astrophysique du Commissariat à l'énergie atomique (CEA), qui a tenu à en célébrer l'avènement dans un ouvrage, Matière noire, noire énergie (Odile Jacob), à paraître le 27 septembre. Dans un style lyrique, il exalte cette énergie noire qui fait naître «un état de grâce, d'élévation, où l'envol l'emporte sur la chute, une antigravitation!». Grâce à elle, selon l'auteur, se profile une conception raisonnée de l'Univers, plus belle que toutes les théogonies et les mythologies religieuses réunies.


L'aventure commence en 1988. Saul Perlmutter, brillant chercheur de 28 ans frais émoulu de Harvard et de l'université de Berkeley, obtient un financement pour mesurer la décélération de l'expansion de l'Univers. Pour réussir son pari, sa maigre équipe de quatre personnes doit traquer dans le ciel un phénomène parmi les plus saisissants qu'il soit donné d'admirer: une explosion de supernova. Lorsqu'elles arrivent en fin de vie, les étoiles les plus massives finissent en effet par éclater violemment en libérant dans l'espace autant d'énergie lumineuse qu'un milliard d'étoiles. L'événement, spectaculaire, reste rare: il se produit deux à trois fois par siècle dans chaque galaxie. Sa détection est indispensable au projet de Saul Perlmutter. A condition qu'il s'agisse de supernovae d'un certain type, appelé SN Ia, qui présentent la particularité de toutes briller d'un éclat identique. Pour cette raison, ce sont presque les seuls corps astraux dont la distance peut être mesurée avec précision - de la même manière qu'un phare en mer est d'autant plus lointain que sa lumière est pâle.


La «bourde» d'Albert Einstein
A l'origine, je m'imaginais que le projet serait bouclé en trois ans, se souvient Saul Perlmutter, aujourd'hui professeur de physique à l'université de Berkeley. En fait, cela a pris presque dix ans. Il a fallu s'équiper de caméras électroniques toutes nouvelles pour l'époque, développer un logiciel de traitement d'images spécifique et le faire tourner sur des ordinateurs parmi les plus puissants pour, au final, disposer de 42 supernovae SN Ia exploitables.» A mesure que les années passent et que les observations s'accumulent, l'équipe de Saul Perlmutter, le Supernova Cosmology Project, ainsi qu'une autre, la High-Z Supernova Search Team, qui marche sur ses brisées, doivent faire face à un résultat inattendu: les supernovae SN Ia les plus lointaines apparaissent plus pâles que prévu. Alors, l'expansion de l'Univers irait-elle en s'accélérant? En effet, «lorsqu'on regarde une supernova dans un Univers en accélération, les photons qui nous en parviennent doivent franchir une distance supplémentaire, et la supernova elle-même apparaîtra moins brillante» que ce que les chercheurs imaginaient, écrit Robert Kirshner, membre de la High-Z Team, dans The Extravagant Universe (Princeton


«Nous avons peut-être trouvé la meilleure approximation de Dieu dans la physique»


L'une et l'autre équipe, toutes deux américaines, ne peuvent se résoudre à accepter ces données iconoclastes. Craignant de se ridiculiser en cas d'erreur, elles reprennent leurs calculs pendant des mois, des années, peaufinent leurs traitements d'image. Outre qu'elle bouleverse les conceptions les mieux établies de la cosmologie, la découverte d'un Univers en expansion accélérée constitue, en effet, un crime de lèse-majesté. «Dans les années 1910, Albert Einstein avait introduit une «constante cosmologique» dans sa théorie de la relativité, afin de coller à la réalité de l'époque: un Univers stationnaire, sans dilatation aucune», explique Pierre Antilogus, chercheur au Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies du CNRS. Mais voilà qu'en 1929 l'astrophysicien Edwin Hubble découvre que les galaxies s'éloignent les unes des autres - et donc que l'Univers se dilate. Aussitôt, Albert Einstein supprime cette constante en affirmant, selon la légende colportée depuis par des générations de cosmologistes, qu'elle constitue «la plus grande bourde» qu'il ait jamais commise. «Longtemps, nous autres physiciens, respectueux de nos maîtres, n'avons tout simplement pas pu imaginer rétablir cette constante», reconnaît Pierre Antilogus.


En 1998, les deux équipes américaines se résolvent finalement à annoncer leur découverte d'une expansion toujours plus rapide que la «constante» permet de décrire. Aujourd'hui, toute la communauté scientifique l'a adoptée. Michel Cassé lui-même s'enflamme lorsqu'il évoque le retour de la constante cosmologique, notée lambda, devenue le symbole mathématique de l'envol de l'Univers, et qui fait aujourd'hui «figure d'explosif cosmologique. L'élément créateur invisible et universel, le voici démasqué, c'est lambda, [...] la meilleure approximation de Dieu dans la physique».


Il faut dire que la thèse d'une accélération de l'Univers a reçu quelques appuis. Elle a d'abord été confirmée par l'observation de centaines de supernovae supplémentaires. Mieux encore, «la cohérence des résultats est si impressionnante que nous pouvons légitimement proclamer que nous disposons enfin d'un modèle cosmologique crédible», écrit Michel Cassé. La communauté scientifique a en effet fini par lui trouver de grands mérites. Grâce à cette thèse, certaines des énigmes qui se posaient dans les années 1990 ont trouvé leur solution. Par exemple, l'âge de l'Univers n'est désormais plus en contradiction avec celui de certaines étoiles, qui paraissaient étrangement plus vieilles que lui.


L'énergie noire constituerait donc la pièce qui manquait aux scientifiques pour reconstituer le grand puzzle de l'Univers. D'autant que cette thèse a été renforcée par les études menées grâce à des ballons stratosphériques munis de télescopes et à un satellite américain baptisé WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Tous avaient reçu la même mission: «peser» l'Univers. Et leur verdict a de quoi surprendre. Selon ces instruments de mesure, la matière connue (étoiles, planètes, êtres vivants ou atomes) ne constitue en effet que 5% de l'énergie totale contenue dans le cosmos. A cela il faut ajouter environ 25% de «matière noire». Celle-ci, probablement composée de particules isolées, n'a pas été détectée jusqu'à ce jour, quoique ses effets aient été observés. A elle seule, en effet, la force d'attraction produite par la matière classique ne suffit pas à expliquer le maintien des grandes structures comme les galaxies ou les amas de galaxies dans l'Univers. Il faut qu'une matière invisible, d'un type inconnu, exerce également son attraction.


Et les quelque 70% restants? Ils ne peuvent être constitués que de cette énergie noire - décidément salutaire. Et qui pèse d'un poids écrasant dans le bilan de l'Univers. Déjà omnipotente, puisqu'elle gouverne le cosmos, lui imposant sa cadence de marche, la voici omniprésente, de loin majoritaire autour de nous et reléguant la matière dont nous sommes faits loin derrière. «Et pourtant, nous ne savons rien d'elle», constate Michael Turner, cosmologiste à l'université de Chicago et inventeur de l'expression «énergie noire». Sa nature elle-même nous est parfaitement inconnue. S'agirait-il de l' «énergie du vide»? Les physiciens se le demandent. Car le vide tel qu'il «remplit» l'Univers n'est pas l'absence de tout. Des particules dites «virtuelles» peuvent, par exemple, en surgir et, aussitôt matérialisées, retourner au néant dont elles sont issues. Ce «faux vide», comme l'appelle Michel Cassé, pourrait donc être bourré d'énergie noire.


Si tel était le cas, cela ne serait pas sans conséquences sur l'histoire de l'expansion de l'Univers. Notre monde est apparu voilà 13,7 milliards d'années, lorsque temps, espace et énergie ont surgi dans un mouvement de dilatation générale. A mesure que la matière se diluait dans cet espace toujours plus volumineux, sa force d'attraction diminuait, tandis que l'énergie du vide, elle, demeurait égale. Si bien que, voilà 7 milliards d'années, cette énergie noire a pris le dessus sur la gravitation. Depuis cette époque, l'expansion de l'Univers s'accélère.


Un Univers à cinq dimensions?
Cette option présente toutefois un inconvénient: elle n'explique pas par quel étonnant hasard la densité d'énergie de la matière et celle de l'énergie noire sont à peu près équivalentes aujourd'hui. Pourtant, l'une compose 30% du total; l'autre, 70%: mais ce rapport 30/70, qui semble déséquilibré pour un profane, aux yeux d'un astrophysicien équivaut à une quasi-égalité. Voilà 10 milliards d'années, la matière écrasait l'Univers de sa superbe. Dans 10 milliards d'années, ce sera au tour de l'énergie noire. Alors, par quel miracle nous trouvons-nous précisément au moment où, dans cette guerre pour la suprématie totale, les forces des deux adversaires s'équilibrent presque?


Les cosmologistes n'aiment pas les coïncidences. C'est pourquoi l'hypothèse de la quintessence (ainsi appelée en référence au cinquième élément, l'éther, composant classiquement l'Univers) en rassure certains. Selon celle-ci, l'énergie noire serait composée d'une énergie non pas «de» l'espace, mais «dans» l'espace. Il pourrait s'agir d'une forme de particule dont on ignore tout, jusqu'à sa masse - si toutefois elle en a une! Toujours est-il que cette quintessence présente l'avantage de voir son énergie évoluer dans le temps, de telle sorte que «la configuration actuelle d'un équilibre relatif (30/70) ne constitue plus l'exception d'un instant mais un aboutissement logique quelles que soient les conditions de départ», explique Pierre Antilogus.


Reste une autre possibilité, examinée actuellement par un jeune physicien de l'Institut d'astrophysique de Paris, Cédric Deffayet. Une thèse iconoclaste, qui se passe de toute énergie exotique et qui suggère de modifier la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Rien de moins! Par ses travaux, qu'il a commencés avec des éminences de l'université de New York, Cédric Deffayet cherche à ajouter une cinquième dimension aux quatre (trois d'espace et une de temps) qu'Albert Einstein avait identifiées et unifiées dans le concept d'espace-temps. En effet, «dans un Univers à cinq dimensions, l'idée même de gravitation se modifierait. Ce qui pourrait entraîner l'accélération de l'Univers à laquelle nous assistons», détaille le physicien parisien.


Si elle existe, cette dimension supplémentaire serait «recroquevillée sur elle-même», en quelque sorte, et d'une échelle bien inférieure à celle où nous vivons, ce qui explique qu'elle se soit jusqu'ici dérobée à nos sens. «Exactement comme une corde tendue constitue un objet à une seule dimension pour le funambule qui s'y avance, explique Cédric Deffayet. Alors que, pour une fourmi, elle compose un monde à deux dimensions: l'animal peut l'explorer dans sa longueur ainsi qu'en faire le tour dans sa largeur.»


Parmi ces hypothèses, laquelle est la bonne? Les débats seront longs avant qu'émerge la solution. En attendant, de l'autre côté de l'Atlantique, on voit grand. Saul Perlmutter voudrait envoyer dans l'espace un satellite à 1 milliard de dollars, appelé Snap (Supernova Acceleration Probe). Capable de détecter des milliers de supernovae très lointaines, il permettrait de remonter toute l'histoire de l'expansion de l'Univers. Avec, à la clef, peut-être des surprises. Car personne ne peut affirmer que derrière la dilatation de l'Univers, au-delà de l'attraction et de la répulsion qu'exercent matière et énergie noire, ne se cachent pas d'autres forces. Plus mystérieuses encore.


http://www.lexpress.fr/info/sciences/dossier/univers/dossier.asp?ida=...


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La Voie lactée serait deux fois moins massive qu’on ne le pensait : à peine 1 000 milliards de fois la masse du Soleil. C’est décevant ! Pour faire ce décompte, une équipe de 300 astronomes répartis dans le monde entier, coordonnée par Xiangxiang Xue, de l’Observatoire astronomique national de Chine, a utilisé pas moins de 2 400 étoiles comme balance. Elle a mesuré la vélocité de ces étoiles, situées aux confins de la Voie lactée, en se basant sur leur luminosité, puis a calculé quelle devrait être la masse de la galaxie pour que sa gravité puisse retenir ces étoiles. Il faut noter que les étoiles de notre galaxie ne constituent qu’une petite fraction de la masse totale. Plus de 80 % est faite de la matière noire que les astrophysiciens traquent désespérément.



http://www.lepoint.fr/actualites-sciences-sante/regime-minceur/1055/0/250470

L'accélération de l'expansion de l'Univers est un phénomène pour l'instant inexpliqué. Ce mystère pourrait être levé grâce à une nouvelle méthode mise au point par une équipe internationale de chercheurs, dont plusieurs appartiennent à des laboratoires associés au CNRS (1). Pour cela, les scientifiques ont, pour la première fois, mesuré la position et la vitesse de plus de 10 000 galaxies dans l'Univers lointain (2). Cette campagne d'observation a été menée via l'instrument VIMOS (3), dont le responsable est Olivier Le Fèvre, directeur du Laboratoire d'astrophysique de Marseille. Non seulement cette méthode inédite apporte des informations précieuses sur la nature de l'énergie noire, mais elle ouvre aussi de nouvelles perspectives sur l'identification de l'origine de l'accélération cosmique. Elle a fait l'objet d'une publication dans Nature le 31 janvier.



Image tirée d'une simulation numérique de la formation des grandes structures de l'Univers
montrant un échantillon de 100 millions d'années-lumière et le résultat du mouvement
des galaxies glissant vers la plus grande concentration de masse au centre.
Les couleurs mettent en évidence la densité de la masse de chaque zone:
en rouge les régions les plus denses et en noire les moins denses.
La ligne jaune indique l'intensité et la direction de la vitesse des galaxies.
On peut ainsi mesurer le taux de croissance de la structure centrale,
taux qui dépend du subtile équilibre entre matière sombre, énergie sombre
et expansion de l'Univers.


L'expansion de l'Univers est actuellement plus rapide qu'elle ne l'était par le passé. Mais, cette accélération ne peut s'expliquer avec les lois fondamentales de la physique sans émettre de nouvelles hypothèses. Parmi les plus probables, deux sont aujourd'hui particulièrement étudiées, à savoir:

- soit l'Univers est rempli d'une mystérieuse énergie sombre produisant une force répulsive qui contrebalance le freinage gravitationnel produit par la matière contenue dans l'Univers ;

- soit la théorie de la gravitation n'est pas correcte et doit être modifiée, en ajoutant par exemple des dimensions supplémentaires à la description de l'espace.

Or, les observations actuelles du taux d'expansion de l'Univers ne permettent pas de trancher entre ces deux options.

Une collaboration internationale, composée de 51 scientifiques répartis dans 24 institutions, a découvert une nouvelle méthode qui pourrait aider à résoudre ce problème. "Nous avons montré que les sondages qui mesurent les positions et les vitesses des galaxies distantes offrent une nouvelle approche pour percer ce mystère." déclare Luigi Guzzo, coordinateur de l'étude.


Sonder des galaxies il y a 7 milliards d'années, une première

La technique est basée sur un phénomène bien connu: le déplacement des galaxies résulte de la somme de l'expansion globale de l'Univers (qui éloigne les galaxies les unes des autres), et des effets dus à la matière présente dans l'environnement local. "À partir des vitesses d'un grand échantillon de galaxies, observées 7 milliards d'années dans le passé, nous avons reconstitué la structure en trois dimensions d'un volume important de l'Univers lointain et ainsi observé la distribution des galaxies dans l'espace 3D (4)" indique Olivier Le Fèvre, l'un des co-auteurs de l'article et responsable de l'instrument VIMOS (5), avant de préciser que "les vitesses contiennent également une information sur le déplacement relatif local des galaxies. Ce dernier introduit des distorsions, petites mais mesurables, par rapport à leur déplacement global. La mesure de ces distorsions est une façon de tester la nature de l'énergie sombre." Ce sont donc ces différences qui dévoilent aux chercheurs des informations sur les composants de l'énergie noire.


Besoin de 70% d'énergie noire pour modéliser l'Univers

Les mesures obtenues soulignent la nécessité d'ajouter un ingrédient supplémentaire d'énergie dans la "soupe cosmique" à partir de laquelle l'ensemble de notre Univers a évolué au cours du temps. Cette conclusion renforce l'hypothèse émise ces dix dernières années, selon laquelle il serait nécessaire de prendre en compte, dans les modèles, une forme simple d'énergie sombre identifiée à la constante cosmologique, introduite par Albert Einstein. Avec cette nouvelle méthode, les scientifiques parviennent au même chiffre que les études précédentes, indiquant que l'énergie sombre compose 70% de l'Univers.

Ces mesures n'auraient pu être possibles sans le concours du spectrographe VIMOS installé sur Melipal (6), l'un des quatre télescopes du VLT de l'ESO. Elles s'inscrivent dans le cadre du sondage VIMOS VLT Deep Survey (VVDS). Le VVDS, dont Olivier Le Fèvre est le responsable scientifique, a permis d'observer le spectre de plus de 10 000 galaxies dans un champ de 4 degrés carrés (20 fois la taille de la pleine Lune), remontant à des époques allant jusqu'à plus de la moitié de l'âge de l'Univers (soit environ 7 milliards d'années dans le passé).

Enfin, les simulations effectuées à partir des données VVDS mettent en évidence que la technique que les chercheurs ont utilisée, appliquée à des sondages explorant des volumes dix fois supérieurs à celui couvert par le VVDS, pourra permettre de déterminer efficacement l'origine de l'accélération cosmique: provient-elle d'une forme d'énergie sombre d'origine exotique ? ou, une modification des lois de la gravitation est-elle nécessaire ?. Les résultats encouragent donc les chercheurs à poursuivre l'exploration de l'Univers par des sondages encore plus ambitieux.


Notes:

(1) Il s'agit du Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS / Université de Provence / Observatoire astronomique Marseille Provence), du Centre de physique théorique, (CNRS / Université de Provence / Université de la Méditerranée / Université de Toulon), de l'Institut d'astrophysique de Paris (CNRS / Université Paris 6/ Observatoire des sciences de l'univers) et du Laboratoire d'astrophysique de Toulouse et de Tarbes (CNRS / Université Toulouse 3 / Observatoire Midi-Pyrénées).

(2) Ici, l'Univers lointain correspond à des galaxies observées à une époque où l'Univers était âgé de 7 milliards d'années (soit la moitié de l'âge de l'Univers).

(3) Le LAM a été le coordinateur du consortium d'instituts européens qui a construit le VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) pour le très grand télescope VLT de l'ESO (Observatoire européen austral).

(4) La façon dont les galaxies sont distribuées dans l'espace 3D est aussi appelée "grandes structures".

(5) Installé au foyer de l'un des télescopes du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, Vimos a été financé par l'ESO, l'INSU/CNRS, la région Provence-Alpes-Côte d'Azur en France, ainsi que par le Conseil national de la recherche, l'Institut national de la recherche en astrophysique (INAF) et le ministère de l'Education en Italie. Ouvert à l'ensemble de la communauté des astrophysiciens, il permet en particulier de conduire le sondage révolutionnaire VIMOS VLT Deep Survey (VVDS), coordonné par le LAM, qui offre une vision complète de l'évolution des galaxies et des grandes structures sur une grande partie de la vie de l'Univers a partir de l'observation de 16 degrés carrés du ciel dans 4 champs séparés.

(6) Melipal est le nom donné au troisième télescope du VLT installé au sommet du Cerro Paranal (Chili). Son diamètre est de 8,2 mètres.

Énergie sombre

En cosmologie, l'énergie sombre est une forme d'énergie hypothétique remplissant tout l'Univers et exerçant une pression négative se comportant comme une force gravitationnelle répulsive. L'énergie sombre pourrait expliquer l'accélération de l'expansion de l'univers et la constante cosmologique. Les recherches astrophysiques actuelles sur le sujet ont pour but principal de mesurer avec précision l'expansion de l'univers afin de déterminer la manière dont l'expansion varie avec le temps. L'univers en serait composé à environ 65%.

Origine
L'énergie sombre (à ne pas confondre, comme c'est souvent le cas, avec la matière sombre) est directement liée à la constante cosmologique. Celle-ci fut initialement proposée par Albert Einstein comme un mécanisme pour contrer la gravitation et conduire à un univers statique. Néanmoins, ce fait fut reconnu plus tard par Einstein lui-même, la constante cosmologique ne mène qu'à des modèles cosmologiques où l'univers était instable et l'existence d'inhomogénéités locales conduisent à une expansion ou une contraction de celui-ci à grande échelle. De plus, les observations effectuées par Edwin Hubble en 1929 avaient montré que l'univers n'était pas statique mais en expansion. Après cette découverte, la constante cosmologique fut releguée au rang de curiosité historique.

Dans les années 1970, Alan Guth a proposé que ce soit la constante cosmologique qui provoquerait l'inflation cosmique dans l'univers primordial. Même une fois que les modèles inflationnaires soient devenus largement acceptés, la constante cosmologique fut considérée comme inadéquate à la description de notre univers. Néanmoins, à la fin des années 1990, les satellites et les télescopes ont permis des mesures très précises des supernovas distantes et du rayonnement fossile micro-onde. Plusieurs caractéristiques observées peuvent être expliquées à l'aide de l'énergie sombre.

Nature
Du fait de sa nature répulsive, l'énergie sombre a tendance à accélérer l'expansion de l'univers, plutôt que le ralentissement attendu dans un univers dominé par la matière. Un univers accélérant est exactement ce que l'on constate en observant les supernovas les plus lointaines. D'une manière remarquable, les observations de supernovæ semblent indiquer que l'énergie sombre doit représenter environ 70% de la densité critique d'énergie. Ainsi, en additionnant les différentes énergies, on arrive exactement à ce qu'il faut pour avoir un univers actuel plat, correspondant aux observations.

La nature exacte de l'énergie sombre fait largement partie du domaine de la spéculation. Certains estiment que l'énergie sombre serait l'énergie du vide, représentée par la constante cosmologique de la relativité générale. C'est l'explication la plus simple et poser une constante cosmologique signifie que la densité de l'énergie sombre est uniforme, et constante dans tout l'univers, invariable en fonction du temps. C'est la forme introduite par Einstein, et cette forme est cohérente avec nos observations actuelles de l'univers. Si l'énergie sombre prend cette forme, cela signifie qu'il s'agit d'une propriété fondamentale de l'univers.

D'autres hypothèses ont été avancées. Ainsi, l'énergie sombre pourrait être induite par l'existence de particules inconnues (Cf. Théorie de Heim). Ces modèles sont appelés quintessences. Certaines théories proposent que ces particules ont été créées en quantité suffisante lors du big bang pour remplir tout l'espace. Néanmoins, si cela était le cas, on s'attendrait qu'elles se regroupent et on observerait des variations de densité en fonction du temps. Aucune preuve de ceci n'a été observée, mais la précision des observations ne permet pas d'exclure cette hypothèse.

L'inflation
On peut remarquer qu'une forme ou l'autre de l'énergie sombre est l'explication la plus plausible de l'inflation cosmique qui eut lieu peu après le big bang. Cette inflation est un mécanisme essentiel des théories cosmologiques actuelles expliquant tout à la fois la formation des structures et l'isotropie de l'univers à grande échelle. Il n'est pas établi si l'énergie sombre actuelle est reliée à l'énergie sombre qui aurait provoqué l'inflation.

Implications sur le destin de l'Univers
Si l'énergie sombre continue de dominer la balance énergétique de l'univers, l'expansion observée de l'espace va continuer à accélérer jusqu'à devenir finalement exponentielle. Les structures qui ne sont pas déjà reliées gravitationnellement vont se briser et ses parties vont s'éloigner les unes des autres à des vitesses apparentes supérieures à celle de la lumière. L'accélération nous empêchera finalement d'observer des portions importantes de l'univers qui est aujourd'hui visible. Néammoins, il convient de remarquer que si la densité de l'énergie sombre n'augmente pas, alors les structures reliées gravitationnellement, telles les galaxies ou les système planétaires, le resteront. Ainsi le système solaire ou la Voie lactée resteraient essentiellement identiques à ce qu'ils sont aujourd'hui, alors que le reste de l'univers nous semblera s'enfuir loin de nous.

Par contre, l'énergie sombre pourrait ne pas être constante mais augmenter avec le temps. Dans un tel scénario, appelé le Big Rip, toute la matière de l'univers, même les atomes, pourraient finalement être désintégrés, laissant un univers vide et sans aucune structure.

Finalement, l'énergie sombre pourrait se dissiper avec le temps, ou même s'inverser. Les incertitudes sur les observations laissent ouverte la porte sur le fait que la gravité puissent un jour dominer un univers qui se contracte sur lui-même et disparaisse dans un Big Crunch. Ce scénario est néanmoins considéré comme le moins probable.

En mai 2004, la publication de travaux réalisés avec le satellite Chandra et consistant à mesurer les distances de 26 amas de galaxies lointains semblent confirmer que l'expansion a commencé à accélérer il y a 6 milliards d'années, et que l'énergie sombre semble rester constante, ou alors varie très lentement. Cela est compatible avec l'existence d'une constante cosmologique et rend des scénarios tels le Big Crunch ou le Big Rip improbables.

http://www.arikah.net:80/encyclopedie-francaise/Énergie_sombre

L’accélération de l’expansion de l’univers observable est l’une des découvertes les plus inattendues de ces dernières années. Aucun indice n’existe actuellement sur la nature de l’énergie qui en est la cause, baptisée par défaut énergie sombre. Une collaboration internationale formée de 51 chercheurs pourrait résoudre – au moins partiellement – cette énigme.

Les scientifiques ont ainsi mis à contribution l’instrument Vimos (VIsible Multi-Object Spectrograph) installé au foyer de Melipal, l’un des quatre télescopes de 8,40 mètres qui forment le VLT de l'ESO (Observatoire européen austral), afin de mesurer précisément la vitesse et la position de 13.000 galaxies situées à environ 7 milliards d’années-lumière sur une zone de notre voûte céleste de 4 degrés carrés, soit environ 20 fois la taille de la pleine Lune, ce qui représente aussi un volume de 25 millions d’années-lumière cubes.

« En mesurant les vitesses apparentes de nombreuses galaxies au cours des trente dernières années, les astronomes ont pu reconstruire une carte tridimensionnelle de leur distribution dans l’univers et faire ressortir certains excédents de population dans certaines zones, qui s’assemblent en longues structures filamenteuses, explique Olivier Le Fèvre, membre de l'équipe. Mais les vitesses mesurées contiennent également des informations sur les mouvements relatifs des galaxies, car celles-ci introduisent de petites mais significatives déformations dans les modèles théoriques. Nous avons réussi à prouver que la mesure de ces déformations à différentes époques de l'histoire de l'Univers offre la possibilité de déterminer certaines des caractéristiques de l’énergie sombre. »

Selon le chercheur, les observations en cours devraient permettre de dégager une théorie arrivant à expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers, qui ne peut se concevoir actuellement sans faire appel à de nouvelles hypothèses venant modifier les lois fondamentales de la physique. Parmi elles, on peut envisager :

- Une mystérieuse énergie sombre remplit la totalité de l’Univers, et fournit une force répulsive qui compense la force d’attraction et le freinage gravitationnel qui, sans elle, ramènerait à terme la totalité de la matière en un point, "bouclant la boucle" avec le Big bang.

- D’autres dimensions actuellement inconnues doivent être ajoutées à l’Univers connu, avec pour effet de modifier la théorie de la gravitation et de l’accorder avec l’observation.

Scanner l’Univers !

La technique utilisée fait appel à une propriété bien connue : le déplacement des galaxies résulte non seulement de l’expansion globale de l’Univers, mais aussi des perturbations locales induites par la matière présente dans leur environnement.Grâce à la mesure des vitesses d’un très grand nombre de galaxies, la structure en trois dimensions d’une part importante de l’Univers lointain a pu être reconstituée très précisément. Les positions des galaxies et leur évolution dans le temps peuvent révéler des distorsions, très légères mais significatives par rapport à leur déplacement global. Dans son ensemble, cette observation est un moyen efficace de tester la nature de l’énergie sombre.

Sans nouvelle surprise, les données ainsi obtenues confirment la nécessité d’ajouter un paramètre dans l’évolution de l’Univers tel que nous le connaissons. Une forme simple d’énergie sombre, assimilable à la constante cosmologique introduite par Albert Einstein, devient nécessaire à la compréhension de ce que nous observons, et avec la nouvelle méthode, les scientifiques arrivent à la même conclusion qu’auparavant : celle-ci compose environ 70 % de l’Univers.

Bien que d’autres scenarios ne soient pas encore exclus au vu des incertitudes actuelles, l’avancée permis par la nouvelle méthode par rapport aux anciennes études telle le sondage de l’Univers locar par le 2dF Galaxy Redshift Survey, limitée à la mesure de l’Univers actuel, est capitale. Selon Luigi Guzzo, coordonnateur de l’étude, cette nouvelle technique devrait pouvoir déterminer avec une quasi-certitude si l’accélération de l’Univers est provoquée par une énergie d’un type inconnu, la fameuse énergie sombre, ou si une modification des lois de la gravitation est nécessaire.

L’équipe de chercheurs

Plusieurs des scientifiques formant l’équipe de 51 chercheurs à l’origine de cette investigation appartiennent à des laboratoires associés au CNRS. Relevons notamment le Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS / Université de Provence / Observatoire astronomique Marseille-Provence), le Centre de physique théorique, (CNRS / Université de Provence / Université de la Méditerranée / Université de Toulon), l'Institut d'astrophysique de Paris (CNRS / Université Paris 6/ Observatoire des sciences de l'univers) et le Laboratoire d'astrophysique de Toulouse et de Tarbes (CNRS / Université Toulouse 3 / Observatoire Midi-Pyrénées).

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Nature le 31 janvier 2008.

http://www.futura-sciences.com:80/fr/sinformer/actualites/news/t/climatologie-1/d/nouvel-eclairage-sur-lenergie-sombre_14467/

La mystérieuse énergie sombre, qui accélère l'expansion de l'univers, pourrait se dissimuler dans des dimensions cachées de l'espace. L'idée permettrait d'expliquer comment ces dimensions restent stables, ce qui est une question importante de la théorie des cordes.

Les astronomes ont découvert au milieu des années 90 que les autres galaxies s'éloignent de nous en accélérant. Depuis, les physiciens tentent d'expliquer pourquoi. Leur hypothèse favorite (appelée l'énergie du vide ou la constante cosmologique) repose sur des vibrations quantiques du vide spatial qui produiraient une force de gravitation répulsive.

Selon les calculs, cependant, ces vibrations devraient soit posséder une densité d'énergie ridiculement élevée (de 122 ordres de grandeur plus importante que ce qui est observé), soit valoir exactement zéro. S'approcher d'une valeur nulle, sans toutefois l'atteindre, et rester conforme aux observations astronomiques, demanderait de remettre en cause les équations quantiques des champs.

A moins que... ces vibrations quantiques ne soient emprisonnées dans un espace minuscule. Brian Greene et Janna Levin de l'université Colombia de New York, pensent que, dans un espace confiné, les fréquences de résonance naturelles persisteraient, empêchant ainsi les vibrations de s'annuler complètement. C'est un peu comme les notes résonnantes produites par un instrument de musique, sauf qu'en lieu et place d'ondes sonores, les vibrations seraient des champs de force quantiques fluctuants, et que l'instrument serait un ensemble de dimensions perpendiculaires à nos trois dimensions familières.

Même si la vibration est piégée dans ces autres dimensions, elle peut étendre son influence gravitationnelle dans notre espace. Et la force de gravitation est répulsive également dans celui-ci, comme la constante cosmologique "normale", provoquant ainsi l'accélération cosmique constatée. Pour obtenir l'accélération observée par les astronomes, Greene et Levin prévoient que les dimensions supplémentaires devraient être de l'ordre de 0,01 millimètre. L'énergie sombre se cacherait à quelques microns de nous.
Jusqu'ici, les deux physiciens n'ont fait qu'ébaucher leur théorie, mais ils peuvent déjà l'utiliser pour résoudre un autre problème, plus ardu. La théorie des cordes, théorie prometteuse en ce qui concerne l'unification des quatre forces de l'univers, exige sept dimensions supplémentaires minuscules, enroulées sur elles-mêmes. Malheureusement, celles-ci s'avèrent être instables, prêtes à "exploser".

Avec la nouvelle théorie, ces dimensions supplémentaires pourraient avoir un comportement forcé. Le juste équilibre des champs de force quantiques agirait comme un ressort tendu dans les dimensions supplémentaires, les maintenant à une certaine taille.

Mais, si les dimensions ont effectivement une taille de 10 microns, pourquoi ne pouvons-nous pas les percevoir ? Actuellement la théorie de Greene et de Levin ne fonctionne que dans une cosmologie "de branes", qui décrit notre univers à trois dimensions comme une sorte de membrane flottant dans un espace de dimension supérieure. La plupart des particules et des champs sont fermement liés à cette brane, ce qui explique pourquoi nous ne pouvons pas percevoir les dimensions supplémentaires ni faire un petit pas dans leur direction.

Dans la version de base du "braneworld", la seule force qui soit susceptible de passer au travers de cette brane est la gravitation. Mais les vibrations associées au champ gravitationnel ne posséderaient pas les propriétés requises pour la théorie de Greene et de Levin. Les deux théoriciens ont dû ajouter un champ supplémentaire ad hoc et fixer son intensité pour obtenir une valeur répulsive adéquate. "Nous n'avons fabriqué qu'un 'modèle réduit' avec des champs présumés," admet Levin.

Une raison de rester optimiste, cependant, est que ce champ possède presque exactement la même intensité que le champ lié aux neutrinos. Le champ de Greene et de Levin ne peut pas provenir des neutrinos normaux, parce que, tout comme les autres particules, ceux-ci sont intimement liés à notre brane. Les scientifiques proposent l'existence d'un "neutrino stérile" dans les dimensions supplémentaires, dont la présence serait ressentie dans notre espace sous la forme de cette fameuse énergie sombre.


Des tests possibles

La théorie de Greene et de Levin implique que la gravitation devienne plus intense à faible distance, de l'ordre de la taille des dimensions supplémentaires. Eric Adelberger et son équipe de l'université de Washington à Seattle, ont effectué une série d'expériences à l'aide d'un pendule de torsion pour mesurer la force gravitationnelle à courte distance, et ont déjà éliminé des dimensions supplémentaires plus grandes que 0,1 millimètre. Ils projettent une nouvelle expérience pour sonder des distances encore plus petites.

S'il s'avérait que le pendule d'Adelberger permette d'observer un accroissement de la gravitation en dessous de 0,01 millimètre, cela pourrait indiquer que Greene et Levin sont sur la bonne voie, et que la force qui provoque l'expansion de notre univers est effectivement un "envahisseur" venu d'une autre dimension.


Source: New Scientist Space

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Elle constitue près des trois quarts de la quantité de matière et d'énergie de l'univers et est responsable de l'accélération cosmique, mais en réalité c'est là tout ce que nous connaissons de l'énergie sombre. Aussi comment réagir à l'annonce de la "preuve la plus directe" de son existence ? Le magazine en ligne Physicsworld tente de répondre.


Qui est à l'origine de cette annonce ?

Un groupe d'astrophysiciens conduit par István Szapudi de l'université d'Hawaï. Les chercheurs ont analysé la lueur des photons micro-onde émanant de l'espace afin d'analyser le comportement de la taille des super amas de galaxies au fil du temps. Si notre univers est plat — et certaines observations suggèrent que c'est effectivement le cas — la théorie de la gravitation d'Einstein prévoie que la taille des super amas devrait rester la même. Cependant, les chercheurs d'Hawaï ont constaté que ceux-ci s'étendent, ce qui est la "marque de fabrique" d'une énergie sombre répulsive.


Comment analyser ces photons ?

Les photons micro-onde en question, connus sous le nom de fond cosmique micro-onde (CMB), imprègnent le cosmos tout entier depuis le premier "découplage" entre la matière et le rayonnement qui s'est produit environ 380 000 années après le Big Bang. En fait, la lueur CMB est si régulière que les astrophysiciens peuvent l'utiliser pour analyser la dynamique des grandes structures telles que les amas ou les super amas de galaxies. A partir des données d'un catalogue de galaxies appelé Sloan Digital Sky Survey, l'équipe de Szapudi a superposé l'emplacement des super amas sur une carte du CMB. Les scientifiques ont alors pu comparer l'allure des zones de la carte CMB correspondant à des régions remplies de super amas avec celles correspondant à des régions d'espace vide, encore appelés "super vides".


Comment cette comparaison prouve-t-elle l'expansion des super amas ?

On sait que l'on gagne de l'énergie potentielle gravitationnelle lorque l'on gravit par exemple une côte ; de façon analogue, un photon acquiert de l'énergie quand il se trouve confronté au saut énorme de gravité que représente un super amas. Mais on pourrait penser que le photon perde cette même énergie quand il s'échappe de l'autre côté de l'amas. Cependant, si le super amas est en expansion pendant que le photon le traverse, ce dernier percevra une modification moindre de gravité quand il partira que lorsqu'il est entré. En d'autres termes, le photon gardera un témoignage de cette énergie supplémentaire. Szapudi et ses collègues ont recherché ces photons légèrement plus énergétiques en analysant la température. La différence n'est pas bien grande, environ un millionième de kelvin.


Cette équipe est-elle la première à observer cette énergie supplémentaire ?

Non. Le phénomène s'appelle l''effet "intégré de Sachs-Wolfe" (ISW), et l'idée de l'utiliser pour analyser la dynamique des super amas a été proposée la première fois par les cosmologistes Rob Crittenden et Neil Turok alors à l'université de Princeton en 1995. Depuis lors, une poignée d'astrophysiciens ont relevé le défi, comme les équipes conduites par Bob Nichol et Crittenden de l''université de Portsmouth au R-U, par Enrique Gaztanaga de l'institut des sciences de l'espace en Espagne ou par Nikhil Padmanabhan du laboratoire Lawrence Berkeley aux USA. Ces dernières années ces équipes ont détecté l'effet ISW avec une certitude allant en s'accroissant.


L'équipe de Szapudi est-elle alors beaucoup plus sûre de son résultat?

Ce n'est en fait pas tant de degré de confiance qui est primordial — l'équipe annonce une détection de l'effet d'ISW avec une certitude de 99,9995%, qui est du même ordre que d'autres indice de confiance enregistrés cette année. L'aspect important du travail des chercheurs hawaïens est qu'ils ont concentré leur attention sur un seul échantillon des plus vastes super amas et des plus vastes super vides. Le résultat est un signal plus propre, moins bruité, plus digne de confiance. Selon Szapudi: "...Nous étions enthousiastes. C'est un effet infime et très subtil, et c'était la première fois que nous pouvions réellement le voir, ce qui est très différent que de le détecter à partir de statistiques beaucoup plus abstraites.


Pourquoi est-ce la preuve la plus directe de l'existence de l'énergie sombre ?

Il existe de nombreuses manières de conclure à l'existence de l'énergie sombre, mais presque toutes se fondent sur des effets à grande échelle et, de manière plus ou moins discutable, sur des hypothèses non vérifiées. Par exemple, l'accélération cosmique (et par conséquent l'énergie sombre) ont été initialement découvertes en 1998 en observant la récession de la lumière de supernovae lointaines, alors que le mécanisme précis qui ce cache derrière l'explosion d'une supernova est lui-même encore inconnu. Naturellement, désormais, l'interprétation par l'énergie sombre de ces observations de supernovae ne laisse pratiquement plus de place au doute, mais ceci parce que cette interprétation a été corroborée à maintes reprises en utilisant d'autres techniques. Les observations de l'effet ISW font également partie de ces confirmations, mais sont "directes" dans le sens qu'elles se rattachent à l'expansion de différentes structures.

Quelles sont les réactions aux résultats de ces travaux ?

Nichol, du groupe de Portsmouth pense que l'équipe hawaïenne a certainement présenté l'analyse de l'effet ISW la plus complète jusqu'ici. Nichol décrit également 2008 comme l'année de la "maturité" pour l'effet ISW parce que les groupes y travaillant conviennent désormais de la force et de la fiabilité des données.


Quel futur pour l'effet ISW ?

Jusqu'à ce que des enquêtes (surveys) de galaxies plus précises sortent, ce qui interviendra probablement au cours de la prochaine décennie, tout ce qui a pu être fait et dépoussiéré du point de vue de l'astrophysicien a déjà été effectué. Les théoriciens, cependant, peuvent trouver un intérêt sans fin à examiner les analyses de Szapudi et d'autres pour mieux comprendre la nature de l'énergie sombre. Un consensus semble s'orienter en faveur d'une "constante cosmologique" se manifestant comme une énergie du vide, bien qu'il y ait plusieurs autres options. L'une d'elle est que la théorie de la relativité générale n'est pas à 100% complète et nécessite d'être "arrangée" pour expliquer l'accélération cosmique. L'effet ISW est particulièrement adapté pour tester de telles "théories de la gravitation modifiée" parce qu'il concerne particulièrement la force apparente de la gravitation à grande échelle.


Source: PhysicsWorld
Illustrations: István Szapudi et al.



http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=5686

Matière noire, Energie Sombre : à l’aube d’une révolution
Par Ciel & Espace


1. Qu’est ce que la matière noire ?

avec Nathalie Palanque Delabrouille,
astrophysicienne au DAPNIA, service de physique des particules du CEA à Saclay



Il fût une époque où ce que l’on voyait était l’Univers : les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies.
Au 20ème siècle les astrophysiciens vont bouleverser cette vision idyllique avec la découverte de la matière noire (Fred Zwicky dans les années 1930, Vera Rubin dans les années 1970) et l’hypothèse de l’énergie sombre en 1998.
Mais que sont réellement ces nouvelles clefs de l’Univers ?
Au-delà de ces notions nouvelles et parfois exotiques, de l’ordre de l’invisible ou de l’infiniment petit, que sait-on de cette matière noire baryonique, matière noire exotique ou WIMPS ?
Où en sont les « chasseurs » de particules dans cette quête de l’Univers obscur ?
A l’orée de ces années 2000, la cosmologie moderne est plus que jamais dans l’attente d’une révolution.
Nous allons présenter les observations, décrire les expérimentations et développer le sens des théories pour comprendre la voie suivie par les chercheurs dans cette quête originale.

Ouvrons ensemble ce premier chapitre consacré à l’appréhension même de ce qu’est l’Univers.



2. Qu’est ce que l’énergie sombre ?

Il fût une époque où ce que l’on voyait était l’Univers : les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies.
Au 20ème siècle les astrophysiciens vont bouleverser cette vision idyllique avec la découverte de la matière noire (Fred Zwicky dans les années 1930, Vera Rubin dans les années 1970) et l’hypothèse de l’énergie sombre en 1998.
Mais que sont réellement ces nouvelles clefs de l’Univers ?
Au-delà de ces notions nouvelles et parfois exotiques, de l’ordre de l’invisible ou de l’infiniment petit, que sait-on de cette matière noire baryonique, matière noire exotique ou WIMPS ?
Où en sont les « chasseurs » de particules dans cette quête de l’Univers obscur ?
A l’orée de ces années 2000, la cosmologie moderne est plus que jamais dans l’attente d’une révolution.
Nous allons présenter les observations, décrire les expérimentations et développer le sens des théories pour comprendre la voie suivie par les chercheurs dans cette quête originale.


3. Pour une révolution
de la cosmologie moderne

Il fût une époque où ce que l’on voyait était l’Univers : les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies.
Au 20ème siècle les astrophysiciens vont bouleverser cette vision idyllique avec la découverte de la matière noire (Fred Zwicky dans les années 1930, Vera Rubin dans les années 1970) et l’hypothèse de l’énergie sombre en 1998.
Mais que sont réellement ces nouvelles clefs de l’Univers ?
Au-delà de ces notions nouvelles et parfois exotiques, de l’ordre de l’invisible ou de l’infiniment petit, que sait-on de cette matière noire baryonique, matière noire exotique ou WIMPS ?
Où en sont les « chasseurs » de particules dans cette quête de l’Univers obscur ?
A l’orée de ces années 2000, la cosmologie moderne est plus que jamais dans l’attente d’une révolution.
Nous allons présenter les observations, décrire les expérimentations et développer le sens des théories pour comprendre la voie suivie par les chercheurs dans cette quête originale.



4. Les naines brunes d’Eros

Et si la matière noire était composée de corps trop petits pour être détectés ?
Des astres sombres, peu massifs mais présents en si grande quantité qu’il pourraient compter et faire « pencher la balance » de la masse de l’Univers dans le sens d’une matière « classique »… Et si ces astres sombres existent, alors, en observant les étoiles on devrait pouvoir les voir quand ils passent devant ces lointains soleils !

Au début des années 1990, une trentaine de physiciens d'une dizaine de laboratoires de physique des particules et d'astrophysique vont se réunir pour tenter de procéder à un vaste sondage de la matière noire au cœur de la voie lactée. Le programme baptisé EROS, Expérience de Recherche d'Objets Sombres, utilise la technique des microlentilles gravitationnelles et un télescope dédié à l’observatoire de l’ESO la Silla (Chili). Hélas, l’expérience sera définitivement interrompue en 2002 faute de détections significatives.

L’un de ses promoteurs, le physicien Alain Milsztajn revient sur ce programme, son importance et le sens qui doit être accordé à un résultat négatif en matière de recherche scientifique. Prématurément disparu quelques semaines après cet entretien, Alain Milsztajn avait tenu à témoigner dans ce podcast de sa quête et du sens qu’il lui accordait.

Nous rendons hommage au souvenir de cet homme de raison et de conviction.


5. Wimps : les fantômes sous la montagne
avec Gilles Gerbier, responsable scientifique et porte parole de l’expérience Edelweiss et Eric Armengaud, physiciens au CEA, direction des sciences de la matière à l’IRFU



Si la matière noire est constituée de particules cosmiques inconnues, alors il reste à les attraper ! A détecter leur présence, lire leur signature…
C’est l’objet d’une expérience très originale, installée au milieu du tunnel routier du Fréjus – entre la France et l’Italie – sous 1700 mètres de montagne.
Son nom : Edelweiss.
Son ambition : observer les « Wimps », un nouveau type de particules imaginées par les physiciens.
Le principal problème c’est que ces Wimps, qui traverseraient nos corps et nos matériaux, ne laisseraient presque jamais de trace et que pour les attraper il faut tendre un piège…
La traque en vaut le coup : s’ils existent, ces « fantômes » pourraient représenter à eux seuls l’essentiel de la matière cachée. 25% de tout l’Univers !



6. La piste de l'infiniment petit
avec Marc Besançon,
physicien à l’Institut de Recherche des lois Fondamentales de l’Univers (IRFU), Direction des Sciences de la matière au CEA.



Et si la matière noire se cachait au cœur de la matière ordinaire ?
Et si, en cassant des noyaux atomiques dans de grands accélérateurs de particules, apparaissait, au milieu des débris des collisions, une particule massive et peu interactive, responsable de la masse cachée ?
C'est la piste suivie par les physiciens des particules qui, à l'aide de collisionneurs géants, tentent de dresser la carte exhaustive des briques, clous, colles et ciments composant toute la matière de l'Univers. A l'aide du Tévatron du Fermilab, aux Etats-Unis, et avant la mise en route du LHC du Cern, à Genève, Marc Besançon est en quête du boson de Higgs et des particules super symétriques.

Une plongée au cœur de l'infiniment petit, possible source d'un nouveau Big bang de la connaissance.


Source : http://www.cieletespaceradio.fr/index.php/2008/02/11/330-matiere-noire-energie-sombre-a-laube-dune-revolution-chapitre-1

Nouvel éclairage sur l'énergie sombre
Par Jean Etienne, Futura-Sciences

Non seulement l'énergie sombre existe réellement, mais elle alimente l'Univers depuis ses premiers instants et provoque son expansion accélérée, selon Adam Riess, professeur d'astronomie à l'Université John Hopkins et chercheur à l'institut scientifique du Télescope spatial Hubble.

L'énergie sombre, aussi appelée l'énergie du vide, c'était un peu l'arlésienne des astronomes. Cette idée ne datait pas d'hier, puisqu'elle avait été émise d'abord par Albert Einstein sous la forme d'une force de répulsion pour expliquer pourquoi l'univers ne s'effondrait pas sur lui-même sous sa propre force d'attraction gravitationnelle. Puis en 1929, Edwin Hubble, l'astronome dont le Télescope spatial a hérité du nom, a démontré l'expansion de l'univers. Du coup, Einstein a abandonné le concept d'énergie sombre, à tout jamais semblait-il.

Mais en 1998, celui-ci refaisait surface avec une étude consistant à utiliser des explosions de supernovas pour mesurer l'expansion de l'Univers. La physique de ces phénomènes est aujourd'hui bien connue, et leur constance dans les niveaux d'énergie produite permet d'en quantifier avec beaucoup de précision distance et vitesse de récession. Exactement comme si l'on disposait de phares éloignés ou mieux, de sondes aux frontières du cosmos.


Une supernova peut briller comme des dizaines de milliards de soleils, c'est à dire plus que la galaxie qui l'abrite. Source NASA / Lick Observatory

Et justement, c'est en étudiant au moyen du télescope spatial 23 supernovas situées à une distance de 13,7 milliards d'années que l'équipe dirigée par Riess a effectué une observation surprenante. Ces supernovas, les plus éloignées de la Terre connues à ce jour, mais aussi les plus "jeunes" puisque la lumière permettant leur observation a été émise peu de temps après la naissance de l'Univers, sont animées d'une vitesse de récession bien moindre que leurs consoeurs plus rapprochées, donc plus anciennes. D'où la conclusion qui s'impose: la célérité des supernovas anciennes étant plus élevée que celle des supernovas jeunes, les étoiles qui leur ont donné naissance accélèrent au cours du temps ! Et retour à la case départ, c'est-à-dire à l'idée d'Albert Einstein et de sa force de répulsion, autrement dit dans notre langage moderne, l'énergie sombre.

Mais surtout, cette observation tend à infirmer une des hypothèses émises jusqu'ici, qui postulait que l'énergie sombre n'était peut-être pas contemporaine de la naissance de l'Univers, mais serait progressivement apparue au cours de son évolution. Grâce à Riess et son équipe, il apparaît clairement qu'au contraire, la force de répulsion qui tend à accélérer l'expansion de l'Univers était déjà présente lorsque les supernovas observées ont explosé, soit une époque pratiquement contemporaine de sa genèse.

Reste à découvrir la nature de cette force mystérieuse, qui est loin d'être anecdotique puisqu'elle représente environ 70% (peut-être plus) de la masse de l'univers. Deux hypothèses semblent actuellement en concurrence, celle qui ferait de cette force une propriété de l'Espace, hypothèse d'Einstein, ou alors une sorte de champ électromagnétique de nature encore inconnue. A moins qu'il ne s'agisse tout simplement d'une caractéristique encore ignorée d'une des lois les plus importantes de notre Univers, la force de gravitation.


La supernova de 1054 dite 'du Crabe' du nom de la constellation où elle se situe, plus brillante que Vénus malgré une distance de 7000 années-lumière. Source : ESO



http://www.futura-sciences.com:80/fr/news/t/univers/d/nouvel-eclairage-sur-lenergie-sombre_9988/

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Expansion de l'Univers : une alternative à l'énergie noire
Source : France-science
L'expansion de l'Univers ne cesse de croître avec le temps. Au sein de la communauté des astronomes, plusieurs théories s'affrontent pour expliquer les raisons de cette singularité.

La plus communément développée est celle de l'énergie noire. La masse totale de notre Univers serait constituée à 70% d'une mystérieuse force noire, à 25% de matière noire également inconnue et enfin de 5% de matière ordinaire (quarks, neutrons, protons, etc.). Et c'est l'existence de la force noire qui serait à l'origine de l'expansion de plus en plus rapide de l'Univers.

Ces dernières années certaines observations avec le télescope Hubble semblaient confirmer cette théorie (Edwin Hubble ayant lui-même été à l'origine de la théorie de l'expansion de l'univers). Mais une équipe de chercheurs du Fermi National Accelerator Laboratory dans l'Illinois, de l'Université de Montréal et de l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare proposent une autre hypothèse qui ne fait appel à aucune force énigmatique.

Les travaux des auteurs, en attente de publication dans les Physical Review Letters, reposent sur un autre modèle cosmologique dit "de l'inflation", développé dans les années 1980. Celui-ci prévoit qu'aux tous premiers instants après le Big Bang, l'Univers a connu en une fraction de seconde une dilatation extrême, passant d'un simple point à un espace infini. Selon la nouvelle thèse développée par les physiciens, de petites déformations de l'espace-temps auraient pu se créer durant ces moments, sous forme d'ondulations, à l'image des vagues concentriques produites par la chute d'une pierre dans l'eau.

Ces ondulations auraient été par la suite étirées durant la phase d'expansion de l'Univers jusqu'à atteindre une zone au-delà de l'horizon observable de 15 milliards d'années-lumière. Ce phénomène aurait alors pour conséquence l'observation d'un Univers en accélération continue. Mais il faudra sans doute des données supplémentaires afin de départager les deux théories.

La seule chose certaine est que si cette nouvelle proposition s'impose, un grand nombre de théories récentes devront être révisées. Par ailleurs d'autres chercheurs remettent en cause l'hypothèse de l'énergie noire pour proposer plutôt une disparition de gravitons dans des dimensions supérieures prédites par la théorie des cordes.

L'«énergie noire» de l'univers met au régime les amas de galaxies
Associated Press (AP)
17/12/2008


La mystérieuse «énergie noire», qui serait le moteur de l'expansion de l'univers, semble jouer un autre rôle: elle empêcherait les plus gros amas de galaxies de devenir trop gros, selon une nouvelle étude américaine.

Les chercheurs ont utilisé des rayons-X pour étudier la formation il y a des milliards d'années d'amas galactiques. Leurs travaux accréditent la théorie selon laquelle l'énergie noire, également appelée énergie sombre, est une force puissante qui gouverne l'expansion de l'univers.

À l'aide du satellite Chandra, un télescope à rayons-X en orbite autour de la Terre, l'astronome Alexey Vikhlinin, de l'Observatoire Smithsonian d'astrophysique de Harvard, a découvert que cette énergie empêche également les amas de galaxies d'accumuler trop de chaleur et de devenir trop gros.

Sans l'énergie noire, ces gigantesques amas - composés d'au moins un millier de galaxies brillantes - deviendraient plus denses et plus gros à cause de la gravité, ce qui n'est pas arrivé au cours de ces derniers milliards d'années, souligne M. Vikhlinin.

Le chercheur a étudié 86 amas à l'époque de leur formation et remarqué que leur croissance a commencé à ralentir il y a environ 5,5 milliards d'années. La cause logique, selon lui, l'énergie noire, qui «soumet à un régime permanent» les amas.

Plusieurs experts ont salué la nouvelle étude, qui paraîtra dans le numéro de février de l'Astrophysical Journal, comme une avancée importante dans la compréhension d'un concept crucial pour déterminer l'évolution de l'univers.

L'histoire de l'univers est marquée par la bataille entre «les deux titans noirs, la matière noire et l'énergie noire», explique Michael Turner, astrophysicien de l'université de Chicago. «Et c'est la première fois qu'on voit la force de l'énergie noire prendre le dessus».

L'énergie noire est encore un concept relativement nouveau apparu il y a une dizaine d'années lorsque l'étude d'une supernova a montré que l'univers était en expansion. Une manière d'expliquer cette expansion est la présence d'une force dans l'univers qui s'oppose à la gravité: l'énergie noire.

«Elle est beaucoup plus importante et abondante dans l'évolution de l'univers que les atomes qui nous composent», souligne David Spergal, un astrophysicien de Princeton.

Les amas de galaxies sont un bon moyen d'étudier les effets de l'énergie noire car ce sont des «grenouilles cosmiques» sensibles à de légers changements, explique M. Turner. Notre galaxie, la Voie lactée, n'est pas dans un amas, mais n'est pas très éloignée de celui de la Vierge.

L'expansion continue de l'univers signifie que les amas, comme celui de la Vierge, et les autres galaxies vont s'éloigner de plus en plus de la Voie lactée. Au point que dans des dizaines de milliards d'années, on ne pourra plus les voir, souligne M. Vikhlinin.

http://www2.canoe.com/techno/nouvelles/archives/2008/12/20081217-120324.html

L'énergie sombre existe bel et bien



L'énergie sombre a été détectée à l'aide d'une nouvelle méthode, ce qui tend à confirmer son existence, estiment des chercheurs américains.

Les chercheurs ont utilisé le télescope spatial Chandra afin d'observer cette force mystérieuse qui expliquerait l'accélération de l'expansion de l'univers malgré la force de la gravité.

Également appelée énergie noire, elle représenterait plus de 70 % de la densité d'énergie totale de l'Univers.

L'équipe de l'astrophysicien Alexey Vikhlinin, de l'Observatoire Smithsonian, a étudié la croissance de la structure des amas massifs de galaxies, les plus gros objets présents dans l'Univers.

Le Pr Vikhlinin affirme que ces résultats fournissent un test indépendant et important de l'existence de l'énergie sombre, longtemps recherchée par les scientifiques.

Comme des arbitres de football, qui se placent à différents endroits du terrain pour être le plus précis possible, nous essayons d'adopter la même approche dans nos études de l'énergie sombre.


La nature même de cette énergie reste inconnue. La découverte de son existence en 1998 a donné un nouvel intérêt à la constante cosmologique d'Albert Einstein.

Il avait été le premier à avancer l'hypothèse d'une force répulsive dans l'espace qui expliquerait l'équilibre dans l'Univers. Selon lui, sans une force contraire, la gravité aboutirait à une implosion de l'Univers.

Les présents travaux renforcent l'idée que l'énergie sombre est bien la constante cosmologique d'Einstein.

En assemblant toutes ces données, nous obtenons la preuve la plus sérieuse à ce jour que l'énergie sombre est la constante cosmologique.

— Pr Alexey Vikhlinin

Sur l'avenir

Les chercheurs pensent que ces observations permettent de penser que l'Univers va continuer à prendre de l'expansion et qu'il n'y aura probablement pas de Grande Déchirure (hypothèse de la fin de l'Univers).

Ainsi, les galaxies proches disparaîtront de notre vue, mais les structures formées par les amas de galaxies et notre propre galaxie ne seront pas déchirées.

Radio-Canada.ca avec Agence France Presse et NASA

Sélectionnée début octobre par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) dans le cadre
de son programme «Vision Cosmique», la mission Euclid a pour but d’étudier
l’accélération de l’expansion de l’Univers, l’une des plus grandes questions de cosmologie et de physique fondamentale du 21
ème siècle. Impliquant le Domaine des
affaires spatiales de la Confédération (SSO), l’UNIGE, l’EPFL, l’Université de Zurich
et la Fachhochschule NordWest Schweiz (FHNW), la mission sera vraisemblablement lancée en 2019 avec une fusée russe Soyouz depuis le port spatial de Kourou,
en Guyane française.

ale de l’ESA, Euclid a pour but de comprendre
l’origine de l’accélération de
l’Univers, que les physiciens et
astronomes appellent « l’énergie sombre ». Les observations
actuelles montrent que l’énergie sombre constituerait plus
de 70% de la matière-énergie
de l’Univers et serait déterminante pour son évolution. Euclid
observera des centaines de
millions de galaxies dans une
grande portion du ciel. Ceci permettra de mesurer les effets de
l’énergie sombre, de la matière
sombre et de la gravité sur la
géométrie de l’Univers et de
décrire l’évolution des structures
cosmiques à grande échelle.
Spectrographe NISP

En mesurant les formes apparentes des galaxies et leur distribution dans l’Univers, les
astronomes pourront déduire
la nature de l’énergie sombre et
vérifier si la théorie de la relativité générale est encore valable
à l’échelle de plusieurs milliards
d’années-lumière. Le satellite
Euclid sera équipé d’une caméra
à grand champ dans le visible
(VIS) et d’un spectrographeimageur dans le proche infrarouge (NISP), tous les deux
développés par le consortium
Euclid. Ce dernier est composé
de plus de 110 laboratoires et de
800 scientifiques en Europe, et
placé sous la direction de Yannick Mellier de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). Le
consortium est aussi responsable du segment scientifique
au sol, chargé de produire et
d’analyser les données obtenues
avec les instruments Euclid.
L’UNIGE très impliquée
La Suisse participe au développement de la mission Euclid à
hauteur de près de 24 millions
de francs, en sus de sa contribution à l’ESA. Nombre de chercheurs, issus notamment de
l’UNIGE et de l’EPFL, contribueront à la bonne marche de la
mission en y occupant des fonctions clefs. Martin Kunz, chercheur au Département de
physique théorique de l’UNIGE,
coordonne le groupe de travail
sur la théorie, tandis que Sté-
phane Paltani, chercheur au
Département d’astronomie de
l’UNIGE, est lui responsable du
développement d’un sous-système de l’instrument VIS, qui
se déroule en partie à l’UNIGE.
Il a également à charge le développement des algorithmes de
mesures du décalage spectral des
galaxies au moyen de couleurs, et
celui du centre de données suisse
Euclid, qui traitera une partie
des données avec la France,
l’Italie, l’Allemagne, le RoyaumeUni, l’Espagne et les Pays-Bas.
EPFL: aussi l’analyse des
données
Georges Meylan, Professeur
d’astrophysique à l’EPFL, assume, quant à lui, la responsabilité suisse d’Euclid dans le
consortium. Enfin, Frédéric
Courbin, chercheur au laboratoire d’astrophysique de l’EPFL,
occupe la fonction de sous-responsable du développement des
algorithmes de reconstruction
d’images de galaxies. L’EPFL
est également active dans l’analyse des données pour extraire
les paramètres intéressants des
résultats obtenus avec les instruments Euclid.
Julie Michaud
Université de Genève (UNIGE)
www.unige.ch
Info: http://sci.esa.int