Les indices selon lesquels l’énergie noire pourrait varier au fil du temps excitent les cosmologistes

Comme le conducteur d’une voiture qui roule à toute vitesse et qui appuie fort sur la pédale d’accélérateur puis plus doucement, il est possible que l’accélération de l’univers en expansion change au fil du temps.

Les physiciens savent depuis un certain temps que l’univers est en expansion, et ce à un rythme accéléré.

Mais maintenant, il existe des indices selon lesquels le taux de cette accélération pourrait changer, plutôt que de rester constant comme prévu. Il s’agit là d’un indice alléchant que quelque chose ne va pas dans notre modèle cosmologique standard.

Selon le modèle standard de la cosmologie, l’énergie noire est une densité d’énergie constante dans l’espace et le temps, inhérente au vide lui-même. Si tel est le cas, alors à mesure que davantage de vide est créé, la densité de l’énergie noire ne se diluerait pas au fil du temps. Dans ce scénario, le taux d’accélération de l’expansion peut être prédit avec précision.

Mais l’analyse des données de la première année de l’instrument spectroscopique de l’énergie noire « Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) », publiée en avril, ne correspond pas à cette prédiction, suggérant que la densité de l’énergie noire pourrait être variable. DESI est un équipement sophistiqué qui se trouve au sommet du télescope de 4 mètres Nicholas U. Mayall à l’observatoire national de Kitt Peak en Arizona.

« Les résultats les plus récents concordent généralement avec le meilleur modèle cosmologique actuel, appelé Lambda Cold Dark Matter (CDM) », a déclaré le directeur de DESI, Michael Levi. Mais « nous observons également des différences potentiellement intéressantes qui pourraient indiquer que l’énergie noire évolue au fil du temps. »

Will Percival, membre associé de la faculté de recherche à l’Institut Périmètre et directeur du Centre d’Astrophysique de Waterloo à l’Université de Waterloo, a dirigé une équipe DESI basée à Waterloo qui a analysé les données. M. Percival a également été récemment nommé co-porte-parole du projet global d’enquête DESI.

Les premiers résultats suggèrent que le taux d’expansion pourrait avoir été plus rapide dans le passé, qu’il pourrait ralentir maintenant et qu’il pourrait s’accélérer à nouveau. S’il est variable, alors notre modèle est erroné. Cela signifierait que l’énergie impliquée dans l’expansion pourrait être quelque chose de complètement différent. Ou cela pourrait signifier que la théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale, pourrait avoir besoin d’être ajustée.

Si tel est le cas, cela enthousiasmerait les physiciens théoriciens, qui n’aiment rien de mieux que de briser les modèles et de les reconstituer!

Les récentes découvertes ont fait l’objet de discussions animées lors de la conférence « 50 Years of Horndeski Gravity » du mois dernier, organisée conjointement par l’Institut Périmètre et l’Université de Waterloo, les théoriciens explorant ce que ces résultats, s’ils étaient confirmés, pourraient impliquer pour les modifications de la relativité générale.

Les résultats de DESI n’ont pas encore atteint le niveau de confiance élevé connu sous le nom de cinq sigma, qui est la norme de référence pour les preuves de telles découvertes. Mais les indices sont là.

Lorsque les scientifiques ont comparé leur carte DESI à d’autres données astronomiques, l’image ne correspondait pas tout à fait à ce qu’ils auraient dû voir si le modèle cosmologique standard était exact.

« Ce que nous voyons repose sur une combinaison de plusieurs ensembles de données différents. C’est un indice que cette densité d’énergie noire n’est pas constante », a déclaré Alex Krolewski, chercheur postdoctoral travaillant avec Percival.

Un autre chercheur postdoctoral, Enrique Paillas, travaillant également à Waterloo, a déclaré que comprendre si la densité de l’énergie noire est constante à mesure que l’espace s’étend, ou si cette densité change au fil du temps à mesure que l’univers évolue, pourrait éclairer la nature même de l’énergie noire et ce qui en est la cause.

« Si la densité d’énergie noire est quelque chose qui est constant dans le temps, nous pourrions la considérer comme l’énergie du vide lui-même. « Cependant, si l’énergie noire est quelque chose qui pourrait évoluer en fonction du temps, alors il pourrait bien y avoir un mécanisme physique différent pour l’origine de cette mystérieuse forme d’énergie », a déclaré Paillas.

Actuellement, on pense que notre univers est composé d’environ 70 % d’énergie noire, 25 % de matière noire (qui fait que les galaxies et les réseaux de galaxies se collent ensemble) et 5 % de matière normale. Si l’énergie noire est constante, alors elle continuera à dominer l’univers et l’expansion continuera à s’accélérer à son rythme actuel.

« Si elle change au fil du temps, cela pourrait conduire à des scénarios cosmiques très différents pour le destin de l’univers », a ajouté Paillas.

Cela pourrait faire une différence dans le fait que notre cosmos continue à s’étendre pour toujours, conduisant à un avenir froid, sombre et solitaire, ou qu’il ralentira et inversera sa trajectoire, conduisant à ce qui a été surnommé le grand effondrement « big crunch ».

Le travail d’analyse des données se poursuit, a ajouté Krolewski. D’autres données DESI seront publiées prochainement.

« Avec l’ensemble de données DESI sur cinq ans, nous devrions être mieux en mesure de faire la différence entre le modèle plus standard d’énergie noire constante et le modèle d’énergie noire évolutive. Nous pourrions obtenir une réponse, ou pas. Cela dépend vraiment de la nature de l’univers », a déclaré Krolewski.

C’est « la pointe de la physique », a ajouté Percival. « Nous savons qu’il y a des observations que nous ne comprenons pas, et nous avons besoin d’une nouvelle physique pour y faire face. »

Percival est optimiste quant au fait que les scientifiques comprendront un jour l’énergie noire.

« Nous épluchons progressivement les couches jusqu’à ce que nous puissions la comprendre », a déclaré Percival.