La densite critique est la densite moyenne de matiere et d’energie que l’univers doit avoir pour etre geometriquement plat — c’est-a-dire pour que la geometrie de l’espace soit euclidienne a grande echelle. Si la densite reelle est egale a la densite critique, l’univers est plat. Si elle est superieure, l’univers est courbe positivement (comme une sphere). Si elle est inferieure, il est courbe negativement (comme une selle de cheval).
Une valeur tres faible
La densite critique de l’univers actuel est d’environ 9,47 x 10 puissance -27 kilogrammes par metre cube, soit l’equivalent d’environ 5 a 6 protons par metre cube. C’est une densite extraordinairement faible — bien inferieure au meilleur vide produit en laboratoire. Pourtant, repartie sur l’immensite de l’univers, elle determine sa geometrie globale.
Le parametre Omega
Le rapport entre la densite reelle de l’univers et la densite critique est note Omega. Si Omega = 1, l’univers est plat. Si Omega superieur a 1, il est ferme. Si Omega inferieur a 1, il est ouvert. Les observations du fond diffus cosmologique indiquent qu’Omega est extremement proche de 1 — l’univers est plat a moins de 0,4% pres. Ce resultat est l’une des predictions confirmees de l’inflation cosmique.
Importance en astronomie
La densite critique est un parametre central de la cosmologie moderne. Elle permet de comparer les contributions relatives de la matiere ordinaire, de la matiere noire et de l’energie noire au contenu de l’univers. Les mesures actuelles donnent environ 5% de matiere ordinaire, 27% de matiere noire et 68% d’energie noire — soit un total d’Omega proche de 1, confirmant la platitude de l’univers.
Exemple concret
Si l’on additionne uniquement la matiere visible (etoiles, gaz), on n’obtient qu’environ 1% de la densite critique. Si l’on ajoute la matiere noire, on atteint environ 32%. Ce n’est qu’en ajoutant l’energie noire que l’on atteint la densite critique totale — une illustration frappante de la domination des composantes invisibles de l’univers.
Questions frequentes
Si l’univers est plat, signifie-t-il qu’il est infini ?
Pas necessairement. Un univers geometriquement plat peut etre infini (s’etendant indefiniment) ou fini avec une topologie particuliere (comme un tore), selon sa structure globale. La platitude ne contraint que la geometrie locale, pas la topologie globale.
La densite critique change-t-elle avec le temps ?
Oui. Elle diminue avec l’expansion de l’univers, car elle est proportionnelle au carre de la constante de Hubble, qui evolue avec le temps. La densite reelle diminue aussi, mais les deux evoluent de concert pour maintenir Omega proche de 1 dans le modele standard.
Peut-on mesurer la densite 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 densite totale avec une bonne precision. La valeur mesuree est en accord remarquable avec la densite critique.