Article de Robert Nichol (sur le média The Conversation - Phys.org)
Je fais partie des plus de 100 scientifiques qui ont contribué à produire la mesure finale du DES, qui vient d'être publiée lors de la 243e réunion de l'American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans.On estime que l’énergie sombre représente près de 70 % de l’ univers observable, mais nous ne comprenons toujours pas de quoi il s’agit. Bien que sa nature reste mystérieuse, l’impact de l’énergie sombre se fait sentir à grande échelle. Son principal effet est de stimuler l' expansion accélérée de l'univers.
L’annonce faite à la Nouvelle-Orléans pourrait nous rapprocher d’une meilleure compréhension de cette forme d’énergie. Entre autres choses, cela nous donne l'occasion de tester nos observations par rapport à une idée appelée constante cosmologique qui a été introduite par Albert Einstein en 1917 comme moyen de contrecarrer les effets de la gravité dans ses équations pour obtenir un univers qui ne soit ni en expansion ni en contraction. Einstein l'a ensuite supprimé de ses calculs.
Cependant, les cosmologistes ont découvert plus tard que non seulement l’univers était en expansion, mais que son expansion s’accélérait. Cette observation a été attribuée à une quantité mystérieuse appelée énergie sombre. Le concept d'Einstein de constante cosmologique pourrait en fait expliquer l'énergie sombre si elle avait une valeur positive (lui permettant de se conformer à l'expansion accélérée du cosmos).
Les résultats du DES sont l'aboutissement de décennies de travail mené par des chercheurs du monde entier et fournissent l'une des meilleures mesures à ce jour d'un paramètre insaisissable appelé « w », qui représente « l'équation d'état » de l'énergie sombre. Depuis la découverte de l’énergie sombre en 1998, la valeur de son équation d’état est une question fondamentale.
Cet état décrit le rapport entre la pression et la densité d'énergie d'une substance. Tout dans l'univers a une équation d'état.
Sa valeur vous indique si une substance est gazeuse, relativiste (décrite par la théorie de la relativité d'Einstein) ou non, ou si elle se comporte comme un fluide. L’élaboration de ce chiffre est la première étape pour vraiment comprendre la véritable nature de l’énergie sombre.
Notre meilleure théorie pour w prédit qu’il devrait être exactement moins un (w=-1). Cette prédiction suppose également que l’énergie sombre est la constante cosmologique proposée par Einstein.
Subvertir les attentes Une équation d’état de moins un nous indique qu’à mesure que la densité énergétique de l’énergie sombre augmente, la pression négative augmente également. Plus la densité énergétique de l’univers est grande, plus il y a de répulsion : en d’autres termes, la matière pousse contre une autre matière. Cela conduit à un univers en constante expansion. Cela peut paraître un peu bizarre, car cela va à l’encontre de tout ce que nous vivons sur Terre.
L'ouvrage utilise la sonde la plus directe dont nous disposons sur l'histoire de l'expansion de l'univers : les supernovae de type Ia . Il s’agit d’un type d’explosion d’étoiles qui agit comme une sorte de critère cosmique, nous permettant de mesurer des distances incroyablement grandes dans l’univers. Ces distances peuvent alors être comparées à nos attentes. C’est la même technique qui a été utilisée pour détecter l’existence de l’énergie sombre il y a 25 ans.
La différence réside désormais dans la taille et la qualité de notre échantillon de supernovae. Grâce à de nouvelles techniques, l’équipe DES dispose de 20 fois plus de données, sur une large gamme de distances. Cela permet d'obtenir l'une des mesures de w les plus précises jamais réalisées, donnant une valeur de -0,8.
À première vue, ce n’est pas la valeur précise moins un que nous avions prédite. Cela pourrait indiquer qu'il ne s'agit pas d'une constante cosmologique . Cependant, l'incertitude sur cette mesure est suffisamment grande pour autoriser une probabilité de moins un avec une chance de 5 %, ou une cote de pari de seulement 20 contre 1. Ce niveau d'incertitude n'est pas encore assez bon pour dire quoi que ce soit, mais c'est un excellent début.
La détection de la particule subatomique du boson de Higgs en 2012 au Grand collisionneur de hadrons nécessitait une chance sur un million de se tromper. Cependant, cette mesure pourrait signifier la fin des modèles « Big Rip » dont les équations d’état sont plus négatives qu’un. Dans de tels modèles, l’univers s’étendrait indéfiniment à un rythme de plus en plus rapide, séparant finalement les galaxies, les systèmes planétaires et même l’espace-temps lui-même. C'est un soulagement.
Comme d’habitude, les scientifiques veulent plus de données et ces projets sont déjà bien avancés. Les résultats du DES suggèrent que nos nouvelles techniques fonctionneront pour les futures expériences de supernova avec la mission Euclid de l'ESA (lancée en juillet 2023) et le nouvel observatoire Vera Rubin au Chili. Cet observatoire devrait bientôt utiliser son télescope pour prendre une première image du ciel après construction, donnant un aperçu de ses capacités.
Ces télescopes de nouvelle génération pourraient détecter des milliers de supernovae supplémentaires, nous aidant ainsi à effectuer de nouvelles mesures de l' équation d'état et à éclairer encore plus la nature de l'énergie sombre .
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