Un univers en expansion?

Ciel étoilé sur le désertSource: Pixabay

Difficile aujourd’hui de ne pas avoir entendu parler de la physique quantique ou de la matière noire, plus communément appelée de son dom anglais dark matter. Cette matière théorique, encore très peu connue du grand public il y a une quinzaine d’années, est devenue mainstream grâce à sa mention dans de nombreux films et séries comme Interstellaire et The Big Bang Theory et même dans certains jeux de casino.

Pourtant, c’est un domaine que les scientifiques connaissent encore très peu et où les avancées significatives sont rares. Aujourd’hui, les connaissances scientifiques nous permettent de savoir que l’univers est en expansion permanente, et que celle-ci s’accélère. Évidemment ce phénomène passionne les scientifiques qui ont pu changer le monde de la physique grâce à des découvertes et nouvelles théories importantes : la matière noire, l’énergie sombre (ou dark energy), la Constante de Hubble, le Fonds Diffus Cosmologiques et surtout les axions.

Mais que peuvent bien signifier ces termes obscurs?

La matière noire

Aussi connu de son nom anglais, dark matter, la matière noire est un composé de particules qui ne peut émettre, absorber ou réfléchir de la lumière. Indétectable à l’œil nu (ou au télescope), nous connaissons son existence grâce à son émission de radiations électromagnétiques et à son effet sur d’autres objets.

Représentant près de 85% de la matière dans l’univers, la matière noire serait selon les scientifiques à l’origine des mouvements des étoiles dans les galaxies. Si cette question peut sembler bien loin de nos préoccupations actuelles, l’étude de la matière noire permettra un jour de savoir si l’univers est ouvert et s’il continuera à s’étendre indéfiniment. Il pourrait aussi être fermé et continuer à s’étendre jusqu’à s’effondrer ou plat et s’étendre jusqu’à atteindre l’équilibre.

En quelques mots, l’étude de la matière noire permettra de connaître la taille, la forme et le futur de l’univers. Si étudier une matière invisible dans l’espace vous paraissait compliqué, ajoutons-y d’autres inconnu et vous verrez que la tâche se corse encore plus.

L’énergie sombre

L’énergie sombre, ou dark energy, est l’une de ces grandes inconnues. Il s’agit d’une des forces que les scientifiques pensent être à l’origine de l’expansion de l’univers. Encore très peu comprise, l’énergie sombre représenterais les ¾ de la masse-énergie de l’univers (vous savez E=MC2 et tout ce qui va avec).

Théorisée par l’astronaute américain Edwin Hubble, l’énergie sombre a été utilisée par les chercheurs pour théoriser divers modèles qui expliqueraient tout, du Big Bang à la structure actuelles des galaxies.

Sujette à débats, l’énergie sombre est à l’origine de nombreuses conjectures. Toutefois, les scientifiques s’entendent pour dire qu’elle contribue à l’expansion de l’univers.

Dans les années 1990 deux équipes indépendantes d’astrophysiciens ont d’ailleurs tentés d’utiliser l’énergie noire pour démontrer que cette expansion décèlerait : les résultats ont prouvé le contraire, l’univers s’étendrait de plus en plus vite.

Représentation de notre système solaireSource: Pixabay

La Constante d’Hubble

L’accélération de cette extension est connue en cosmologie sous le terme de Constante d’Hubble. Liée à la loi d’Hubble-Lemaître (1927) sur l’expansion de l’univers, elle donne le taux d’expansion de l’univers à un instant donné et varie en fonction du temps.

Capable d’évaluer la proportionnalité entre la distance et la vitesse de récession apparente des galaxies dans l’univers observables, elle a été évaluée à 74,03/Mpc (Mégaparsec – 1 Megaparsec = 3.26 millions d’années lumières). Cette constante a permis entres autres de déterminer l’âge de l’univers : 10 à 20 milliards d’années.

Le Fonds diffus cosmologique

Appelé Cosmic Microwave Background en anglais (CMB), ce rayonnement électromagnétique a permis d’abandonner les modèles basés sur le principe de la cosmologique parfaite et de prioriser les théories basées sur le Big Bang.

Découverte dans les années 1960, le CMB explique l’expansion de l’univers et notamment le fait que celui-ci continue à grandir tout en refroidissant. Ce refroidissement, qui a permis aux électrons et noyaux atomiques de s’assembler sous la forme des atomes, serait la cause de l’éloignement des photons.

Le CMB a aussi l’avantage de nous présenter notre univers : après tout, sa forme, sa composition et son âge sont reflétés sur les caractéristiques de rayonnement.

Pourquoi l’expansion accélère-t-elle?

Une des questions que se pose aujourd’hui la communauté scientifique est la raison derrière l’accélération de l’expansion de l’univers.

Depuis les années 1980, les scientifiques se sont entendus pour dire que l’énergie sombre est une sorte d’antigravité, qui repousse les galaxies de plus en plus loin. Quarante ans plus tard, nous ne savons toujours pas pourquoi l’expansion de l’univers continue d’accélérer.

Heureusement, un scientifique italien nommé Massimo Cerdonio a développé une nouvelle théorie il y a quelques décennies. Selon lui, une particule non-découverte appelée axione serait à la base des mouvements de l’univers.

500 millions de fois plus légère qu’un électron, les axiones seraient à la base des changements de l’énergie sombre et donc de l’accélération de l’expansion de l’univers.

Encore non-découverte, cette particule essentielle à la compréhension de notre galaxie pourrait être mis en évidence par le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.

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