1°S3 H.A.M.M.
TPE 2014
L'ENERGIE NOIRE
Les difficultés de la cosmologie ne s'arrêtent pas à l'introuvable matière noire.
Il existerait aussi une énergie noire qui pèserait de tout son poids dans le destin de l'Univers...
Les indices de la présence d'énergie noire
1- Un problème en cache un autre...
Grâce à l'équivalence masse/énergie (le fameux E=mc²), la matière peut être vue comme une forme condensée de l'énergie. A tout instant, lors des réactions chimiques ou nucléaires de l'énergie se transforme en particules de matière et réciproquement. Alors, puisque la plus grande partie de la matière échappe à nos détecteurs, en irait-il de même pour les autres formes d'énergies ?
Les scientifiques répondent "oui" et ils ajoutent que cette "énergie noire" représente entre 65 et 80 % du contenu de l'univers.
2- Un Univers en expansion
Pour mieux comprendre, il faut nous tourner vers les lointaines galaxies et vers les théories qui décrivent la gravitation à l'échelle cosmique. En effet, peu de temps après avoir exposé ses principes de la relativité générale, Einstein décida d'introduire une "constante cosmologique". Ce paramètre supplémentaire lui semblait nécessaire pour décrire l'Univers dans l'état
dans lequel tout le monde le croyait à l'époque : globalement statique, sans expansion ni effondrement.
Ce nouveau paramètre dans les équations pouvait s'interpréter comme l'expression d'une force ou d'une énergie, qui maintiendrait les galaxies séparées et les empêcheraient de se précipiter les unes vers les autres sous l'effet de la gravitation. En 1929, lorsque l'astronome Hubble s'aperçut que l'Univers était en expansion suite à l'explosion primordiale appelée "Big Bang", Einstein renonça à l'idée de sa constante cosmologique qu'il qualifia lui-même de "plus grande erreur de sa vie". Il fallut attendre la fin du siècle pour la voir réapparaître avec encore plus de force qu'autrefois.
3- Des étoiles qui ne brillent pas assez
Depuis 1998, deux équipes indépendantes ont étudié des supernovae, explosions d'étoiles observées jusqu'à des distances d'environ 8 milliards d'années lumières. Elles ont découvert un affaiblissement de leur luminosité bien plus important que ne le laisse supposer une expansion régulière de l'Univers. Une seule explication évidente : l'expansion de l'Univers est beaucoup plus rapide que prévu. Elle s'accélère, et ceci sous l'effet d'une quantité inconnue, une "énergie noire" constamment injectée dans l'Univers. Le reste de la densité de l'Univers est donc constitué de cette énergie. C'est la conclusion actuelle des cosmologistes.
Une énergie aux particularités étranges
Depuis la fin des années 1990, un nombre croissant d'observations suggère que l'expansion de l'univers s'accélère au cours du temps. Concrètement, cela signifie que la vitesse à laquelle s'éloigne de nous une galaxie lointaine augmente.
Energie noire ou fantôme?
Ce résultat s'interprète naturellement si l'on suppose qu'une force dans l'Univers exerce un effet gravitationnel non pas attractif comme la matière ordinaire, mais répulsif. Une telle force est génériquement appelée énergie noire. La principale caractéristique de l'énergie noire est que sa pression doit être négative pour qu'elle agisse. La pression de l'énergie noire est donc supérieure à sa densité.
Les propriétés ou même la nature de l'énergie noire ne sont pas connues avec précision à l'heure actuelle. Cependant, lorsque le rapport entre la pression de l'énergie noire et sa densité est inférieur à -1, nous obtenons une nouvelle forme d'énergie noire : l'énergie fantôme. De façon assez surprenante, la principale caractéristique de cette énergie fantôme est de voir sa densité augmenter alors même que l'Univers est en expansion.
Mais il n'est pas certain que l'énergie fantôme représente une force physiquement acceptable. Il faut avouer que depuis la découverte de l'énergie noire, la possibilité de prédire l'avenir pour les scientifiques diminue continuellement.
Un Projet d'avenir
La nature de l'énergie noire reste encore plus mystérieuse que celle de la matière noire : les scientifiques n'ont pas la moindre idée de sa composition et ne parviennent pas à la décrire dans leurs équations. Il faudra donc mettre au point des détecteurs et des télescopes spatiaux toujours plus perfectionnés, comme EUCLID, dont le lancement est prévu pour 2019 et aura pour mission de lever le voile sur ces entités qui paraissent être le fondement de l'espace et du temps.
Contenu de l'Univers
L'Univers paraît être essentiellement constitué d'énergies et matières aux compositions totalement inconnues, sujettes aux plus grandes interrogations des savants. La matière noire occuperait 23% de la composition universelle, tandis que l'énergie noire représenterait plus de 70% de cette dernière. La matière noire l'emporte toutefois face à la matière ordinaire.
Besoin d'un éclaircissement ?
Vous pensez avoir compris, mais vous auriez besoin d'un exemple pour être sûr de vous ?
Aucun problème, nous avons pensé à vous!
Le Ballon
Imaginez un ballon qui vous êtes en train de gonfler.
Au lieu de résister à la dilatation, c'est à dire l'élargissement de ses parois, le ballon enfle de plus en plus vite tout en gonflant. C'est la pression de l'air sur les parois du ballon qui le fait gonfler ainsi. L'énergie noire fait la même chose mais à échelle cosmique : elle propulserait l'espace-temps à une vitesse toujours plus grande.
