L'Energie Noire

L’énergie noire est une forme hypothétique d’énergie qui remplirait tout notre Univers et qui a été indirectement mise en évidence par diverses observations astrophysiques, notamment l’accélération de l’expansion de l’Univers.
L’Univers est non seulement dans une phase d’expansion, mais aussi dans une expansion qui s’accélère.
Du fait de sa nature répulsive, l’énergie noire a tendance à accélérer l’expansion de l’Univers, plutôt que la ralentir, comme le fait la matière normale par effet attractif gravitationnel.
Une façon intuitive de visualiser l’expansion de l’Univers est de prendre l’analogie d’une toile élastique que l’on étire dans toutes les directions:
Si l’on dessine des motifs sur la toile, alors ceux-ci vont grossir en même temps qu’ils semblent s’éloigner les uns des autres lorsque l’on étire la toile.
Par contre, si au lieu de dessiner des motifs on colle sur la toile un objet rigide (une pièce de monnaie par exemple), alors, en étirant la toile, on va éloigner les objets les uns des autres, mais cette fois ils vont garder une taille constante.
C’est un processus de ce type qui est à l’œuvre avec l’expansion de l’Univers.
L’expansion de l’Univers ne signifie pas que les objets astrophysiques voient leur taille varier.
Ce n’est que leur distance mutuelle qui varie au cours du temps, et ce uniquement pour des objets suffisamment éloignés.

Historique

Historiquement, la seule forme d’énergie (hypothétique) se comportant comme de l’énergie noire était la constante cosmologique, proposée dans un autre contexte par Albert Einstein en 1916.
En 1916, date à laquelle l’expansion de l’univers n’était pas connue, Albert Einstein considérait que l’Univers devait être statique, aussi lui fallait-il introduire une nouvelle force s’opposant à la force de gravitation, afin d’expliquer pourquoi l’Univers ne s’effondrait pas sur lui-même sous sa propre force d’attraction gravitationnelle.
Le candidat idéal qui fut trouvé est la constante cosmologique Λ, qui permettait de contrebalancer l’effet attractif de la force gravitationnelle.
La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein à ses équations de la relativité générale, dans le but de rendre sa théorie compatible avec l’idée qu’il y avait alors un Univers statique.
La constante cosmologique représente une densité d’énergie constante qui remplit l’espace de façon homogène.
Elle introduit une sorte d’énergie (un champ scalaire constant) présente en tout point du continuum spatio-temporel, qui, avec un choix convenable de signe et de valeur, peut s’opposer à la gravité et modifier le profil d’évolution de la taille de l’Univers.
En 1929, Edwin Hubble observe un décalage vers le rouge (redshift) des galaxies qui témoignerait d’un Univers en expansion.
La Loi d’Hubble énonce que les galaxies s’éloignent les unes des autres à une vitesse approximativement proportionnelle à leur distance.
Autrement dit, plus une galaxie est loin de nous, plus elle semble s’éloigner rapidement.
Cette loi ne concerne bien évidemment que la partie de l’Univers accessible aux observations (Univers observable).
L’extrapolation de la loi de Hubble sur des distances plus grandes est possible, mais uniquement si l’Univers demeure homogène et isotrope sur de plus grandes distances (ses propriétés ne changent pas).
C’est le principe cosmologique qui dit que l’Univers est:
homogène: l’Univers est invariant quand on se déplace dedans, son apparence générale ne dépend pas de la position de l’observateur.
isotrope: l’Univers est invariant quand on regarde dans différentes directions, son aspect ne dépend pas de la direction dans laquelle on l’observe.
La conséquence immédiate de la loi de Hubble et de l’expansion de l’Univers est que celui-ci était par le passé plus dense et donc plus chaud, et de là découle le modèle du Big Bang.
Il semblerait que, deux ans avant Hubble, Georges Lemaître avait prédit l’existence de cette loi…un nouvel exemple de la loi de Stigler.
Suite à la découverte de Hubble, Albert Einstein revient sur l’introduction de la constante cosmologique, la qualifiant de « plus grande bêtise de sa vie. »
Il est alors revenu à son équation originelle (où la constante cosmologique Λ ne figure pas), jugée plus conforme avec les observations de l’époque.
Un temps abandonnée par la cosmologie, cette constante cosmologique a été récemment remise au goût du jour après la découverte dans les années 1990 de l’accélération de l’expansion de l’Univers (mis en évidence par des mesures sur des supernovae, le fond diffus cosmologique, lentilles gravitationnelles…), et on a vu apparaître un regain d’intérêt pour cette constante cosmologique.
Elle décrirait une force ou énergie, encore hypothétique, qui accélèrerait l’expansion de l’Univers, appelée énergie sombre (ou énergie noire).
Elle demeure compatible avec l’ensemble de la théorie de la relativité générale.
Dans le cadre de la théorie d’Albert Einstein, lorsque qu’on cherche à construire un modèle cosmologique, un univers dynamique est bien plus naturel qu’un univers statique.
Elle permet donc de s’appuyer sur les lois de la Relativité Générale pour définir une sorte d’énergie invisible qui se comporte contre la force de gravitation et qui accélère l’expansion de l’Univers.
L’énergie noire se comporterait ainsi comme une force gravitationnelle répulsive.