Il semble que l’énergie sombre, le moteur théorique de l’expansion de l’univers, longtemps considérée comme une constante cosmologique, évolue en réalité au fil du temps. Ce comportement pourrait remettre en question notre compréhension actuelle de l’univers.
« Ce que nous observons est très intéressant », a déclaré Alexie Leautu-Harnett, porte-parole du consortium international DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), qui regroupe 70 institutions, dont la Commission française de l’énergie atomique, autour du laboratoire américain de Berkeley. « Nous pourrions être à l’aube d’une découverte majeure sur la nature fondamentale de l’univers », a-t-elle ajouté dans un communiqué publié mercredi.
L’instrument DESI, conçu pour analyser l’énergie sombre, est installé au sommet de l’observatoire de Kitt Peak en Arizona. Il vise à améliorer notre compréhension de cette force mystérieuse, considérée comme l’un des plus grands défis de la physique contemporaine.
Grâce à ses fibres optiques robotiques ultrafines, DESI peut observer simultanément 5 000 galaxies ou quasars, ces objets extrêmement lumineux situés au centre des trous noirs. Cette technologie permet de mesurer leur âge et leur distance, puis de cartographier l’univers en trois dimensions pour identifier les motifs révélant son histoire.
Un univers en expansion accélérée
Depuis un siècle, nous savons que l’univers est en expansion depuis son origine, les galaxies s’éloignant progressivement les unes des autres. Dans les années 1990, des observations ont révélé que cette expansion s’est accélérée depuis environ six milliards d’années (l’univers étant âgé de 13,8 milliards d’années).
Pour expliquer ce phénomène, qui a valu à ses découvreurs un prix Nobel, les physiciens ont émis l’hypothèse de l’existence d’une force répulsive : l’énergie sombre. Son effet est partiellement compensé par la matière ordinaire et la matière noire hypothétique.
Le modèle dominant décrivant la structure et l’évolution de l’univers postule que l’énergie sombre représente 70 % de l’univers, la matière noire 25 %, et la matière ordinaire seulement 5 %.
Un « moment charnière » dans la cosmologie
Dans ce « modèle cosmologique standard », appelé Lambda-CDM (Cold Dark Matter), la lettre Λ représente la constante cosmologique introduite par Einstein dans sa théorie de la relativité générale pour rendre compte de l’énergie sombre.
Bien que ce modèle soit satisfaisant, « des tensions commencent à apparaître » avec les observations, explique Arnaud de Mattia, physicien à la Commission de l’énergie atomique, qui a contribué à l’analyse des données de DESI.
Les résultats obtenus, ainsi que d’autres mesures sur la lumière primordiale de l’univers, les supernovae et les effets de lentille gravitationnelle sur la lumière des galaxies, suggèrent de plus en plus que l’énergie sombre n’est pas constante.
Lors d’une conférence de l’American Physical Society à Anaheim, en Californie, le consortium DESI a présenté les résultats de trois ans d’observations portant sur 15 millions de galaxies et de quasars. Leurs analyses indiquent que l’effet de l’énergie sombre pourrait s’affaiblir au fil du temps.
« En rassemblant toutes les données cosmologiques, nous observons une accélération légèrement plus marquée de l’expansion de l’univers il y a environ sept milliards d’années », précise Arnaud de Mattia. « Mais cette accélération a commencé à diminuer au cours des 2,5 derniers milliards d’années. »
Toutefois, aucun résultat n’est encore définitif. « Nous n’avons pas de certitude absolue », reconnaît le chercheur.
Vers une révision du modèle cosmologique ?
Pour confirmer ces observations, de nouvelles données seront nécessaires, notamment grâce aux observations du télescope DESI, du satellite européen Euclid, du télescope spatial Nancy Grace Roman et de l’observatoire Vera Rubin au Chili.
« Nous espérons avoir une vision plus claire d’ici cinq ans », indique Étienne Bertin, physicien à la Commission de l’énergie atomique.
Joshua Frieman, cofondateur du programme Dark Energy Survey et ancien collaborateur de DESI, déclare à l’AFP : « La nouvelle génération de relevés cosmologiques tranchera la question. Soit elle transformera ces indices en une véritable découverte, soit elle montrera que nous faisions fausse route et que l’énergie sombre est bien constante. » Il qualifie cette période de « moment charnière ».
Si la nature dynamique de l’énergie sombre est confirmée, « ce serait une révolution équivalente à celle provoquée par la découverte de l’expansion accélérée de l’univers », souligne Bertin.
Dans ce cas, « le modèle cosmologique standard devra être modifié », conclut-il. Il faudra alors déterminer si les théories alternatives existantes peuvent mieux expliquer ces observations ou s’il sera nécessaire d’en développer de nouvelles pour progresser dans la compréhension de l’univers.
