Vue du champ profond de Hubble. Crédit d'image: Hubble. Cliquez pour agrandir.
Les cosmologistes de l'Université de Princeton ont annoncé une nouvelle méthode pour comprendre pourquoi l'expansion de l'univers s'accélère. La technique proposée sera en mesure de déterminer si l'accélération cosmique est due à une forme encore inconnue d'énergie sombre dans l'univers ou si elle est la signature d'une rupture de la théorie d'Einstein de la relativité générale à de très grandes échelles de l'univers. Le résultat est présenté aujourd'hui par le chercheur principal, le Dr Mustapha Ishak-Boushaki, chercheur associé à l'Université de Princeton dans le New Jersey, à la réunion de la Société canadienne d'astronomie à Montréal, QC.
«L'expansion accélérée de l'univers constitue l'un des problèmes les plus intrigants et difficiles en astrophysique. De plus, il est lié à des problèmes dans de nombreux autres domaines de la physique. Notre travail de recherche se concentre sur la limitation des différentes causes possibles de cette accélération. » dit le Dr Ishak-Boushaki.
Au cours des 8 dernières années, plusieurs observations astronomiques indépendantes ont démontré que l'expansion de l'univers est entrée dans une phase d'accélération. La découverte de cette accélération a surpris les astrophysiciens qui s'attendaient à mesurer un ralentissement de l'expansion causé par l'attraction gravitationnelle de la matière ordinaire dans l'univers.
Afin d'expliquer l'accélération cosmique, les cosmologistes théoriciens ont introduit la notion d'une nouvelle composante énergétique qui constituerait les deux tiers de la densité énergétique entière de l'univers et qui est répulsive par gravité plutôt qu'attrayante. Ce composant a été appelé énergie noire.
L'énergie noire est-elle réelle? "Nous ne savons pas", commente le professeur David Spergel de Princeton. «Ce pourrait être une toute nouvelle forme d'énergie ou la signature observationnelle de l'échec de la théorie d'Einstein de la relativité générale. Quoi qu'il en soit, son existence aura un impact profond sur notre compréhension de l'espace et du temps. Notre objectif est de pouvoir distinguer les deux cas. »
Le cas le plus simple de l'énergie noire est la constante cosmologique qu'Einstein a introduite il y a 80 ans afin de concilier sa théorie de la relativité générale avec son préjugé que l'univers est statique. Il a dû retirer la constante cosmologique quelques années plus tard lorsque l'expansion de l'univers a été découverte. La découverte de l'accélération cosmique a relancé le débat sur la constante cosmologique dans un nouveau contexte.
Une autre possibilité fondamentalement différente est que l'accélération cosmique est la signature d'une nouvelle théorie de la gravité qui entre à de très grandes échelles de l'univers plutôt que le produit de l'énergie sombre. Certains des modèles de gravité modifiés récemment proposés sont inspirés de la théorie des supercordes et de la physique extra-dimensionnelle.
Pourrait-on distinguer ces deux possibilités? La procédure proposée montre que la réponse est oui. L'idée générale est la suivante. Si l'accélération est due à l'énergie noire, l'histoire d'expansion de l'univers devrait être cohérente avec la vitesse à laquelle les amas de galaxies se développent. Des écarts par rapport à cette cohérence seraient une signature de l'effondrement de la relativité générale à de très grandes échelles de l'univers. La procédure proposée met en œuvre cette idée en comparant les contraintes obtenues sur l'énergie noire de différentes sondes cosmologiques et permet d'identifier clairement toute incohérence.
À titre d'exemple, un univers décrit par une théorie de la gravité modifiée à 5 dimensions a été considéré dans cette étude et il a été montré que la procédure peut identifier la signature de cette théorie. Surtout, il a été démontré que les futures expériences astronomiques peuvent faire la distinction entre les théories de la gravité modifiées et les modèles d'énergie sombre.
Les travaux de recherche sur les résultats présentés ont été dirigés par le Dr Mustapha Ishak-Boushaki en collaboration avec le professeur David Spergel, tous deux du Département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton, et Amol Upadhye, un étudiant diplômé du Département de physique de l'Université de Princeton.
Source d'origine: communiqué de presse de Princeton
