Énergie noire

On sait que l'Univers s'étend et que son expansion ne ralentit pas mais au contraire s'accélère.
Quelle est donc cette force qui pousse l'ensemble des galaxies à s'éloigner les unes des autres à un rythme de plus en plus rapide ?
Les scientifiques l'appellent l'énergie noire ou énergie sombre. L'existence de cette énergie sombre est nécessaire pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers. Cette énergie hypothétique qui remplit uniformément tout l'Univers est dotée d'une pression négative qui se comporte comme une force gravitationnelle répulsive. Ils vont même découvrir la valeur très particulière de cette énergie du vide. Cette énergie aurait un ordre de grandeur qui s'écrit avec un zéro puis une virgule suivi de 122 zéros avant le chiffre un. Cependant cette valeur extrêmement petite, bien plus faible que prévue par les équations, explique pourquoi la matière de notre univers existe. Si l'on enlève seulement, 3 ou 4 zéros, ce qui est très peu, l'accélération serait si rapide que la matière ne pourrait pas s'organiser pour former des étoiles et des galaxies. Dans ce concept chaque valeur de l'énergie noire représente un univers différent.

Vidéo : simulation de la structuration de l'Univers, représenté par 550 milliards de particules de matière noire, chacune correspondant à une galaxie. Le film montre comment l'Univers passe d'une soupe uniforme à son état actuel, où d'immenses vides sont traversés par des filaments où se regroupent les galaxies.
Crédit : Cnrs-image, film de 9 mn sur l'expérience DEUS (Dark Energy Universe Simulation) réalisée par l'équipe de Jean-Michel Alimi.

Les chandelles standard

En 1929, Edwin Hubble découvre que les galaxies s'éloignent d'autant plus vite qu'elles sont lointaines. Notre Univers est donc en expansion, c'est la constante de Hubble (H = 70 km/s/Mpc) qui donne cette vitesse en fonction de la distance à laquelle on l'observe (vitesse = H x distance). Ce n'est pas une expansion extraordinaire car cela donne seulement un accroissement de la distance de 7% par milliard d'années. Depuis, plusieurs méthodes d'observation sont venues corroborer l'hypothèse de l'accélération de l'expansion de l'univers (chandelles standard, règles standards,...). Une supernova est un effondrement gravitationnel d'étoile dont la masse est supérieure à 8 masses solaires. Ces évènements sont rares dans une galaxie (1 par siècle), mais lorsque l'étoile explose elle est aussi lumineuse que la galaxie elle même. De plus ce sont de véritables chandelles standard car elles brillent jusqu'à 400 jours après leur explosion avec un éclat perçu qui nous permet de déterminer la distance et la vitesse des galaxies. Ainsi en repérant les galaxies extrêmement lointaines et en particulier celles qui hébergent des chandelles standard cosmiques on peut étudier l'évolution de l'univers dans le passé.

La méthode des chandelles standard confirme l'accélération de l'expansion de l'univers et donc l'existence d'une nouvelle composante appelée énergie noire. L'Univers est incroyablement "vide" de matière, il n'y a qu'un atome par mètre cube. Il serait composé de 4% de matière baryonique, de 23% de matière froide noire et non baryonique et de 73% d'énergie noire ou sombre.

N. B. : pour rechercher des supernovae, on photographie une région de galaxies et un mois plus tard on reprend une photo, ensuite par traitement des deux images, on soustrait les objets lumineux jusqu'à repérer la supernova présente dans la deuxième photo.
Cette recherche est effectuée avec les plus gros télescopes de la planète (télescopes Gemini, CFHT, VLT).