Les astronomes du monde entier sont un peu confus car ils ne semblent pas être d'accord sur la vitesse à laquelle l'univers se développe.
Depuis que notre univers a émergé d'une explosion d'un minuscule grain de densité et de gravité infinies, il monte en ballon, et pas à un rythme constant non plus - l'expansion de l'univers ne cesse de s'accélérer.
Mais la rapidité avec laquelle il se développe a fait l'objet d'un débat vertigineux. Les mesures de ce taux d'expansion à partir de sources proches semblent être en conflit avec la même mesure prise à partir de sources distantes. Une explication possible est que, fondamentalement, quelque chose de génial se passe dans l'univers, modifiant le taux d'expansion.
Et un théoricien a proposé qu'une toute nouvelle particule soit apparue et modifie le destin futur de tout notre cosmos.
Hubble, Hubble, labeur et ennuis
Les astronomes ont imaginé plusieurs façons intelligentes de mesurer ce qu'ils appellent le paramètre Hubble, ou constante Hubble (désigné pour les personnes ayant une vie bien remplie comme H0). Ce nombre représente le taux d'expansion de l'univers aujourd'hui.
Une façon de mesurer le taux d'expansion aujourd'hui est de regarder les supernovas à proximité, l'explosion de gaz et de poussière lancée par les plus grandes étoiles de l'univers à leur mort. Il existe un type particulier de supernova qui a une luminosité très spécifique, nous pouvons donc comparer la luminosité de leur apparence à la luminosité que nous savons qu'elles sont censées être et calculer la distance. Ensuite, en regardant la lumière de la galaxie hôte de la supernova, les astrophysiciens peuvent également calculer la vitesse à laquelle ils s'éloignent de nous. En rassemblant toutes les pièces, nous pouvons alors calculer le taux d'expansion de l'univers.
Mais l'univers ne se limite pas à l'explosion des étoiles. Il y a aussi quelque chose appelé l'arrière-plan cosmique des micro-ondes, qui est la lumière restante juste après le Big Bang, lorsque notre univers n'était qu'un bébé, âgé de seulement 380 000 ans. Avec des missions comme le satellite Planck chargées de cartographier ce rayonnement résiduel, les scientifiques ont des cartes incroyablement précises de ce fond, qui peuvent être utilisées pour obtenir une image très précise du contenu de l'univers. Et à partir de là, nous pouvons prendre ces ingrédients et faire avancer le temps avec des modèles informatiques et être en mesure de dire quel devrait être le taux d'expansion aujourd'hui - en supposant que les ingrédients fondamentaux de l'univers n'ont pas changé depuis lors.
Ces deux estimations ne sont pas suffisamment en désaccord pour inquiéter un peu que nous manquions quelque chose.
Regardez du côté obscur
Peut-être qu'une ou les deux mesures sont incorrectes ou incomplètes; de nombreux scientifiques des deux côtés du débat jettent la quantité appropriée de boue sur leurs adversaires. Mais si nous supposons que les deux mesures sont exactes, nous avons besoin d'autre chose pour expliquer les différentes mesures. Puisqu'une mesure vient de l'univers très précoce et une autre vient d'un temps plus récent, la pensée est que peut-être un nouvel ingrédient dans le cosmos modifie le taux d'expansion de l'univers d'une manière que nous n'avions pas déjà capturée dans notre des modèles.
Et ce qui domine l'expansion de l'univers aujourd'hui, c'est un phénomène mystérieux que nous appelons l'énergie sombre. C'est un nom génial pour quelque chose que nous ne comprenons pas. Tout ce que nous savons, c'est que le taux d'expansion de l'univers s'accélère aujourd'hui, et nous appelons la force entraînant cette accélération «énergie sombre».
Dans nos comparaisons du jeune univers à l'univers actuel, les physiciens supposent que l'énergie sombre (quelle qu'elle soit) est constante. Mais avec cette hypothèse, nous avons le désaccord actuel, donc peut-être que l'énergie sombre change.
Je suppose que ça vaut le coup. Supposons que l'énergie sombre change.
Les scientifiques soupçonnent discrètement que l'énergie sombre a quelque chose à voir avec l'énergie qui est enfermée dans le vide de l'espace-temps lui-même. Cette énergie provient de tous les «champs quantiques» qui imprègnent l'univers.
Dans la physique quantique moderne, chaque type de particule est lié à son propre champ particulier. Ces champs traversent tout l'espace-temps, et parfois des parcelles deviennent vraiment excitées par endroits, devenant les particules que nous connaissons et aimons - comme les électrons et les quarks et les neutrinos. Donc, tous les électrons appartiennent au champ d'électrons, tous les neutrinos appartiennent au champ de neutrinos, et ainsi de suite. L'interaction de ces champs constitue la base fondamentale de notre compréhension du monde quantique.
Et peu importe où vous allez dans l'univers, vous ne pouvez pas échapper aux champs quantiques. Même quand ils ne vibrent pas assez dans un endroit particulier pour faire une particule, ils sont toujours là, se tortillant et vibrant et faisant leur chose quantique normale. Ces champs quantiques ont donc une quantité fondamentale d'énergie qui leur est associée, même dans le vide vide lui-même.
Si nous voulons utiliser l'énergie quantique exotique du vide de l'espace-temps pour expliquer l'énergie sombre, nous rencontrons immédiatement des problèmes. Lorsque nous effectuons des calculs très simples et très naïfs de la quantité d'énergie dans le vide due à tous les champs quantiques, nous nous retrouvons avec un nombre d'environ 120 ordres de grandeur plus fort que ce que nous observons être l'énergie sombre. Oups.
D'un autre côté, lorsque nous essayons des calculs plus sophistiqués, nous nous retrouvons avec un nombre qui est zéro. Ce qui est également en désaccord avec la quantité mesurée d'énergie sombre. Oups encore.
Quoi qu'il en soit, nous avons vraiment du mal à comprendre l'énergie sombre à travers le langage de l'énergie du vide de l'espace-temps (l'énergie créée par ces champs quantiques). Mais si ces mesures du taux d'expansion sont précises et que l'énergie sombre change vraiment, cela pourrait nous donner un indice sur la nature de ces champs quantiques. Plus précisément, si l'énergie sombre change, cela signifie que les champs quantiques eux-mêmes ont changé.
Un nouvel ennemi apparaît
Dans un article récent publié en ligne dans la revue préimprimée arXiv, le physicien théoricien Massimo Cerdonio de l'Université de Padoue a calculé la quantité de changement dans les champs quantiques nécessaires pour tenir compte du changement dans l'énergie sombre.
S'il y a un nouveau champ quantique qui est responsable du changement de l'énergie sombre, cela signifie qu'il y a une nouvelle particule dans l'univers.
Et la quantité de changement dans l'énergie sombre que Cerdonio a calculée nécessite un certain type de masse de particules, qui se révèle être à peu près la même masse d'un nouveau type de particule qui a déjà été prédit: le soi-disant axion. Les physiciens ont inventé cette particule théorique pour résoudre certains problèmes avec notre compréhension quantique de la force nucléaire forte.
Cette particule est vraisemblablement apparue dans le tout premier univers, mais a été "cachée" à l'arrière-plan tandis que d'autres forces et particules contrôlaient la direction de l'univers. Et maintenant c'est au tour de l'axion…
Même ainsi, nous n'avons jamais détecté d'axion, mais si ces calculs sont corrects, cela signifie que l'axion est là, remplissant l'univers et son champ quantique. En outre, cet axion hypothétique se fait déjà remarquer en modifiant la quantité d'énergie sombre dans le cosmos. Il se pourrait donc que même si nous n'avons jamais vu cette particule en laboratoire, elle altère déjà notre univers à la plus grande échelle.
