Énergie noire et modèles d'univers

Depuis 1998, on sait que l’expansion de l’Univers s’accélère. Du fait de cette découverte, faite grâce à l’observation des supernovae de type Ia, qui peuvent être considérées comme des chandelles standard, le prix Nobel a été décerné à Saul Perlmutter, Adam Riess et Brian Schmidt en 2011. Jusqu’à cette époque, les astronomes étaient persuadés que l’expansion décélérait, ralentie par la propre gravité du contenu de l’Univers. Une accélération implique une répulsion, et non une attraction, d’où l’invention de l’énergie noire, composant dont la pression est une fonction négative de la densité. Cette énergie noire pourrait-elle être l’énergie du vide quantique, extrapolée sur des échelles cosmologiques‹ ? Très vite, on s’aperçoit que ce n’est pas le cas, car l’énergie prédite serait de 120 ordres de grandeur supérieure à ce qui est observé. Toutes les observations sont plutôt compatibles avec une constante cosmologique, mais le problème d’ajustement fin et de coïncidences remarquables est difficile à expliquer. La constante cosmologique permettrait de prédire le destin de notre Univers, en expansion exponentielle, comme l’Univers vide de De Sitter. Cette expansion exponentielle ressemble fort à la phase première qui se produit dans une fraction de seconde après le Big Bang ‹: l’inflation. L’inflation est nécessaire pour expliquer le problème de l’horizon et de la platitude de l’Univers. Le cours a décrit en détail les théories qui sont avancées pour expliquer l’énergie noire ‹: la quintessence, mais aussi la gravité modifiée, les branes et les Univers à multiples dimensions, provenant de la théorie des supercordes. Dans la plupart des théories faisant intervenir une cinquième force, ou un cinquième élément, les constantes fondamentales peuvent varier, en fonction du temps ou de l’espace. Nous avons passé en revue les contraintes expérimentales et observationnelles de cette nouvelle physique. Dans un futur proche, le problème va progresser énormément grâce au lancement du satellite Euclid, ou de la mise en opération de grands surveys, comme celui du télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope).

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