Densité critique
La densité critique est la densité moyenne de matière et d’énergie que l’univers doit avoir pour être géométriquement plat — c’est-à-dire pour que la géométrie de l’espace soit euclidienne à grande échelle. Si la densité réelle est égale à la densité critique, l’univers est plat. Si elle est supérieure, l’univers est courbé positivement (comme une sphère). Si elle est inférieure, il est courbé négativement (comme une selle de cheval).
Une valeur très faible
La densité critique de l’univers actuel est d’environ 9,47 × 10⁻²⁷ kilogrammes par mètre cube, soit l’équivalent d’environ 5 à 6 protons par mètre cube. C’est une densité extraordinairement faible — bien inférieure au meilleur vide produit en laboratoire. Pourtant, répartie sur l’immensité de l’univers, elle détermine sa géométrie globale.
Le paramètre Omega
Le rapport entre la densité réelle de l’univers et la densité critique est noté Ω. Si Ω = 1, l’univers est plat. Si Ω > 1, il est fermé. Si Ω < 1, il est ouvert. Les observations du fond diffus cosmologique indiquent que Ω est extrêmement proche de 1 — l’univers est plat à moins de 0,4% près. Ce résultat est l’une des prédictions confirmées de l’inflation cosmique.
Importance en astronomie
La densité critique est un paramètre central de la cosmologie moderne. Elle permet de comparer les contributions relatives de la matière ordinaire, de la matière noire et de l’énergie noire au contenu de l’univers. Les mesures actuelles donnent environ 5% de matière ordinaire, 27% de matière noire et 68% d’énergie noire — soit un total d’Ω proche de 1, confirmant la platitude de l’univers.
Exemple concret
Si l’on additionne uniquement la matière visible (étoiles, gaz), on n’obtient qu’environ 1% de la densité critique. Si l’on ajoute la matière noire, on atteint environ 32%. Ce n’est qu’en ajoutant l’énergie noire que l’on atteint la densité critique totale — une illustration frappante de la domination des composantes invisibles de l’univers.
Questions fréquentes
Si l’univers est plat, cela signifie-t-il qu’il est infini ?
Pas nécessairement. Un univers géométriquement plat peut être infini (s’étendant indéfiniment) ou fini avec une topologie particulière (comme un tore), selon sa structure globale. La platitude ne contraint que la géométrie locale, pas la topologie globale.
La densité critique change-t-elle avec le temps ?
Oui. Elle diminue avec l’expansion de l’univers, car elle est proportionnelle au carré de la constante de Hubble, qui évolue avec le temps. La densité réelle diminue aussi, mais les deux évoluent de concert pour maintenir Ω proche de 1 dans le modèle standard.
Peut-on mesurer la densité de l’univers ?
Oui, indirectement. L’analyse du fond diffus cosmologique, la distribution des galaxies et les mesures de la constante de Hubble permettent de contraindre la densité totale avec une bonne précision. La valeur mesurée est en accord remarquable avec la densité critique.