Énergie noire

L’énergie noire est le nom donné à la composante qui permet de décrire l’accélération de l’expansion dans les modèles cosmologiques usuels. Dans le modèle plat ΛCDM ajusté aux données Planck 2018, elle représente environ 68 % du contenu énergétique actuel de l’univers. Cette estimation dépend du modèle ; ce n’est pas l’inventaire d’une substance directement observée.

D’où vient cette idée ?

En 1998, deux équipes de chercheurs étudient des supernovas lointaines pour mesurer la vitesse d’expansion de l’univers. Elles s’attendaient à trouver un ralentissement de cette expansion, freinée par la gravité de toute la matière. Résultat inattendu : l’univers s’étend de plus en plus vite. Le terme énergie noire désigne ce qui rend compte de cette accélération dans les modèles usuels ; son identification à une énergie intrinsèque de l’espace est une interprétation possible.

Qu’est-ce que c’est exactement ?

L’interprétation la plus simple est une constante cosmologique, associée dans les équations à une densité d’énergie constante et à une pression négative. Des modèles dynamiques, comme la quintessence, permettent une évolution dans le temps. Ces possibilités ne constituent pas une identification microscopique de l’énergie noire.

Dans le modèle ΛCDM, la composante Λ est uniforme et ne forme pas de concentrations comme les galaxies. C’est une propriété du modèle, pas une cartographie directe d’une substance. D’autres descriptions de l’accélération peuvent avoir des comportements différents.

Pourquoi est-elle fondamentale ?

L’évolution éventuelle de l’énergie noire influe sur le destin prévu de l’univers. Si elle reste constante, l’univers continuera à s’étendre indéfiniment, de plus en plus vite, jusqu’à ce que de nombreuses galaxies non liées gravitationnellement deviennent inaccessibles à de nouvelles observations. Certains scénarios plus extrêmes évoquent un Big Rip : l’expansion deviendrait si violente qu’elle déchirerait toute matière, jusqu’aux atomes eux-mêmes.

Exemple concret : les supernovas de type Ia

Les supernovas de type Ia servent de chandelles standardisables : on corrige leurs différences de luminosité à partir de leurs propriétés observées. Leur relation distance-décalage spectral a fourni, à la fin des années 1990, un argument majeur pour une expansion accélérée. Cette découverte a été récompensée par le prix Nobel de physique 2011.

Le saviez-vous ?

Einstein avait introduit la constante cosmologique en 1917 pour construire un modèle d’univers statique. Il l’a ensuite abandonnée dans ses travaux cosmologiques. La formule de la « plus grande erreur » lui est attribuée par des témoignages ultérieurs ; son retour dans les modèles actuels ne tranche pas la nature de l’énergie noire.

Questions fréquentes

L’énergie noire et la matière noire sont-elles liées ?

Non. La matière noire contribue à la gravitation des galaxies et des grandes structures. L’énergie noire intervient dans la description de l’accélération cosmique. Leurs noms proches ne signifient pas qu’elles ont la même nature.

Peut-on mesurer l’énergie noire ?

Pas directement. On la mesure indirectement via ses effets sur l’expansion de l’univers, notamment en observant des supernovas lointaines, le fond diffus cosmologique ou la distribution des galaxies à grande échelle.

L’énergie noire va-t-elle détruire l’univers ?

Cela dépend de sa nature. Si elle reste constante, l’univers s’étendra indéfiniment mais sans catastrophe brutale. Si elle augmente avec le temps, elle pourrait déchirer toute matière dans un scénario appelé Big Rip. Ces questions restent ouvertes.