Energie noire ou constante cosmologique ?

Salut

Les premiers résultats obtenus par la collaboration internationale SNLS (Supernova legacy survey) montrent que la mystérieuse "énergie noire", présumée responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers, pourrait être la constante cosmologique d'Einstein. Ces résultats ont été publiés ce lundi 21 novembre dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Il y a encore quelques années, les astrophysiciens pensaient que l'expansion de l'Univers mise en évidence par Edwin Hubble dans les années1920, ralentissait sous l'effet de la gravitation. Or, en 1998, des chercheurs ont observé que les supernovae lointaines apparaissaient moins lumineuses qu'attendu dans un Univers en expansion décélérée. En fait, loin de décélérer, l'expansion de l'Univers accélère sous l'effet d'une mystérieuse énergie, baptisée "énergie noire".

Aujourd'hui, l'Univers semble être composé pour un quart environ de matière et pour le reste d'énergie noire qui agit sur l'expansion de l'Univers comme une force répulsive. Matière et énergie noire se comportent différemment vis-à-vis de l'expansion de l'Univers: la matière se dilue alors que l'énergie noire ne se dilue pas ou peu.


Des supernovae comme instruments de mesure

Les supernovae sont des explosions d'étoiles en fin de vie. Elles sont très lumineuses et peuvent donc servir de "bornes kilométriques" dans l'Univers, car leur brillance apparente mesure la distance à laquelle elles se trouvent. Ainsi, lorsque l'on observe des supernovae, on peut mesurer leur distance et la vitesse à laquelle elles s'éloignent (par leur décalage vers le rouge) et donc en déduire la vitesse d'expansion de l'Univers.

Le SNLS a mesuré les distances de 71 supernovae dont les plus lointaines ont explosé quand l'Univers avait moins de la moitié de son âge actuel. L'objectif de ce projet est de faire une mesure précise de l'énergie noire et de déterminer sa nature, qui reste pour l'heure inconnue. Il est cependant possible en mesurant le flux des supernovae distantes, de déterminer si elle se comporte comme la constante cosmologique d'Einstein (qui peut-être définie comme l'énergie constante dans le vide) ou selon de nombreuses autres hypothèses théoriques. Ce qui distingue ces théories, c'est la dilution ou pas de la densité d'énergie noire avec l'expansion de l'Univers. La mesure publiée aujourd'hui est la plus précise et favorise l'absence de dilution.

Aujourd'hui, les chercheurs français travaillent en étroite collaboration avec des équipes de recherche européennes et nord-américaines (Canada et Etats-Unis), pour réaliser la découverte des supernovae et leur suivi photométrique sur Megacam et spectroscopique, sur les plus grands télescopes terrestres. À l'issue des cinq années d'observation, les résultats publiés aujourd'hui pourraient devenir deux à trois fois plus précis.


La collaboration SNLS

Le Supernova legacy survey est une collaboration internationale regroupant environ 40 personnes dont une vingtaine de chercheurs français du CNRS et du CEA. Le projet est centré sur un grand programme d'imagerie au Télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) et utilise aussi de nombreuses observations spectroscopiques, des télescopes VLT (Very large telescope) de l'ESO, Gemini et Keck. Le programme d'imagerie est réalisé dans le cadre du sondage CFHTLS (Canada-France Hawaï-Telescope Legacy Survey) , auquel les astronomes français et canadiens affectent chaque année, de 2003 à 2008, 700 heures d'observation (dont 280 heures environ par an utilisées par le SNLS), a l'aide de l'instrument Megacam. Cet instrument à grand champ (1 degré de côté soit deux diamètres de la lune) et haute résolution (18000x18000 pixels) est la clé du programme car il permet de mesurer plusieurs supernovae simultanément, ce que les instruments de champ plus faible ne peuvent pas faire. La caméra au coeur de l'instrument et son électronique sont une réalisation du CEA-Dapnia.

Source: CNRS

d'apres cette news officielle : news CFHT (anglais)

Les premiers résultats de l'expérience montreraient que les effets de l'energie noire correspondraient a ceux de la constante cosmologique avec une precision de 10 %, ce qui, pour une premiere experience est tres proche, car au moins e resultat est du même ordre de grnadeur, donc il y a surement un lien entre les deux.

un autre aspect est la dilution de cette énergie noire avec l'expansion, et selon les résultats de cette expérience, les plus précis a ce jour, il n'y aurait pas dilution.

sources :
http://www2.cnrs.fr/presse/communique/784.htm
http://marwww.in2p3.fr/rubrique.php3?id_rubrique=23&id_parent=7&lang=fr

Qu'est-ce qu'on veut dire exactement par "pas de dilution de l'énergie noire" ? On aurait des "parcelles" d'énergie noire et, si on peut dire ça, "rien" à côté ?

Bonjour,

Rapidement, des cosmologistes attribuent l'expansion de l'Univers à l'énergie du vide aussi appelée énergie noire. Au fur et à mesure que l'univers s'étend, la quantité de vide augmente, or la densité d'énergie du vide reste constante, ce qui augmente encore la vitesse d'expansion.


Tout cela est encore très spéculatif et flou (on n'a pas trouvé mieux pour expliquer la découverte de l'accéleration de l'expansion de l'univers en 1998).


@+

Pour répondre à ta question NGC6543, "pas de dilution de l'énergie sombre" signifie que son taux reste constant dans le temps, l'énergie sombre ne se diluerait pas à mesure que l'expansion se poursuit. Un peu comme quand tu dilue un produit dans l'eau: plus tu rajoute de l'eau, plus le produit sera dilué.

Merci, je crois que j'ai compris ! Ca veut donc dire qu'au fur et à mesure, il y a de plus en plus d'énergie "en tout"... Je ne sais pas si je me fais comprendre correctement...

L'énergie noire et la matière noire, tout cela ne reste qu'une hypothèse.

Qu'est-ce qui a lancé cette hypothèse ?
Les astronomes avaient découvert que les étoiles les plus éloignées de la galaxie gravitaient plus vite que prévu, et que cela était la conséquence de la présence d'une matière invisible qui influençait les mouvements de ces étoiles. Personne n'a pensé que cette hypothèse pouvait être fausse.

Quelles conséquences pourrions-nous obtenir si nous avions formulé l'hypothèse différemment ? Par exemple : les étoiles proches du centre galactique se déplacent moins vite que prévu.Dans ce cas, nul besoin de l'hypothèse de la matière noire.Jusqu'à maintenant, nous n'avons aucune preuve de son existence.

Il vaut mieux confrontrer d'abord plusieurs hypothèses concurrentes afin de dégager la vérité. Une hypothèse seule fait figure de dogme.

A part la relativité et la physique quantique, les autres théories sont incomplètes. La science a fait de la théorie du Big Bang, de la matière noire et des trous noirs de profondes certitudes.Il existe des failles logiques dans ces théories quand on y réfléchit bien.La démarche scientifique est de toujours tout remettre en question, de ne jamais cesser de s'interroger et de ne pas tenir une connaissance comme acquise et définitive.

Quand c'est trop spéculatif, je suis sceptique. Seuls les faits peuvent nous renseigner, mais tout dépend de la façon qu'on les interprète.
J'ai vu tant de fantasmes sur la vie intelligente dans l'univers (pur anthropocentrisme), sur la singularité des trous noirs (point de densité infinie, ce qui est contredit par la physique quantique), et l'hypothèse de l'inflation dans la théorie du Big Bang (qui est une faille gênante pour ce modèle).

Cordialement.

Salut

La mystérieuse énergie sombre, qui accélère l'expansion de l'univers, pourrait se dissimuler dans des dimensions cachées de l'espace. L'idée permettrait d'expliquer comment ces dimensions restent stables, ce qui est une question importante de la théorie des cordes.

Les astronomes ont découvert au milieu des années 90 que les autres galaxies s'éloignent de nous en accélérant. Depuis, les physiciens tentent d'expliquer pourquoi. Leur hypothèse favorite (appelée l'énergie du vide ou la constante cosmologique) repose sur des vibrations quantiques du vide spatial qui produiraient une force de gravitation répulsive.

Selon les calculs, cependant, ces vibrations devraient soit posséder une densité d'énergie ridiculement élevée (de 122 ordres de grandeur plus importante que ce qui est observé), soit valoir exactement zéro. S'approcher d'une valeur nulle, sans toutefois l'atteindre, et rester conforme aux observations astronomiques, demanderait de remettre en cause les équations quantiques des champs.

A moins que... ces vibrations quantiques ne soient emprisonnées dans un espace minuscule. Brian Greene et Janna Levin de l'université Colombia de New York, pensent que, dans un espace confiné, les fréquences de résonance naturelles persisteraient, empêchant ainsi les vibrations de s'annuler complètement. C'est un peu comme les notes résonnantes produites par un instrument de musique, sauf qu'en lieu et place d'ondes sonores, les vibrations seraient des champs de force quantiques fluctuants, et que l'instrument serait un ensemble de dimensions perpendiculaires à nos trois dimensions familières.

Même si la vibration est piégée dans ces autres dimensions, elle peut étendre son influence gravitationnelle dans notre espace. Et la force de gravitation est répulsive également dans celui-ci, comme la constante cosmologique "normale", provoquant ainsi l'accélération cosmique constatée. Pour obtenir l'accélération observée par les astronomes, Greene et Levin prévoient que les dimensions supplémentaires devraient être de l'ordre de 0,01 millimètre. L'énergie sombre se cacherait à quelques microns de nous.
Jusqu'ici, les deux physiciens n'ont fait qu'ébaucher leur théorie, mais ils peuvent déjà l'utiliser pour résoudre un autre problème, plus ardu. La théorie des cordes, théorie prometteuse en ce qui concerne l'unification des quatre forces de l'univers, exige sept dimensions supplémentaires minuscules, enroulées sur elles-mêmes. Malheureusement, celles-ci s'avèrent être instables, prêtes à "exploser".

Avec la nouvelle théorie, ces dimensions supplémentaires pourraient avoir un comportement forcé. Le juste équilibre des champs de force quantiques agirait comme un ressort tendu dans les dimensions supplémentaires, les maintenant à une certaine taille.

Mais, si les dimensions ont effectivement une taille de 10 microns, pourquoi ne pouvons-nous pas les percevoir ? Actuellement la théorie de Greene et de Levin ne fonctionne que dans une cosmologie "de branes", qui décrit notre univers à trois dimensions comme une sorte de membrane flottant dans un espace de dimension supérieure. La plupart des particules et des champs sont fermement liés à cette brane, ce qui explique pourquoi nous ne pouvons pas percevoir les dimensions supplémentaires ni faire un petit pas dans leur direction.

Dans la version de base du "braneworld", la seule force qui soit susceptible de passer au travers de cette brane est la gravitation. Mais les vibrations associées au champ gravitationnel ne posséderaient pas les propriétés requises pour la théorie de Greene et de Levin. Les deux théoriciens ont dû ajouter un champ supplémentaire ad hoc et fixer son intensité pour obtenir une valeur répulsive adéquate. "Nous n'avons fabriqué qu'un 'modèle réduit' avec des champs présumés," admet Levin.

Une raison de rester optimiste, cependant, est que ce champ possède presque exactement la même intensité que le champ lié aux neutrinos. Le champ de Greene et de Levin ne peut pas provenir des neutrinos normaux, parce que, tout comme les autres particules, ceux-ci sont intimement liés à notre brane. Les scientifiques proposent l'existence d'un "neutrino stérile" dans les dimensions supplémentaires, dont la présence serait ressentie dans notre espace sous la forme de cette fameuse énergie sombre.

Des tests possibles

La théorie de Greene et de Levin implique que la gravitation devienne plus intense à faible distance, de l'ordre de la taille des dimensions supplémentaires. Eric Adelberger et son équipe de l'université de Washington à Seattle, ont effectué une série d'expériences à l'aide d'un pendule de torsion pour mesurer la force gravitationnelle à courte distance, et ont déjà éliminé des dimensions supplémentaires plus grandes que 0,1 millimètre. Ils projettent une nouvelle expérience pour sonder des distances encore plus petites.

S'il s'avérait que le pendule d'Adelberger permette d'observer un accroissement de la gravitation en dessous de 0,01 millimètre, cela pourrait indiquer que Greene et Levin sont sur la bonne voie, et que la force qui provoque l'expansion de notre univers est effectivement un "envahisseur" venu d'une autre dimension

source http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=4308

Salut

Une équipe internationale de chercheurs a mesuré la position et la vitesse de plus de 10 000 galaxies lointaines dans le but de déterminer la nature de la mystérieuse force qui accélère l’expansion des galaxies.

L’un des problèmes qui hante les astronomes depuis quelques années est celui de l’expansion de l’Univers. Depuis que Edwin Hubble a découvert, en 1929, que les galaxies s’éloignaient les unes des autres, les théoriciens de l’Univers ont du revoir leur copie, eux qui imaginaient jusqu’alors un univers statique et immuable. Einstein, lui-même, dont la théorie de la relativité générale prévoyait une expansion de l’espace avait introduit une constante cosmologique dans ses équations afin qu’elles collent avec la vision de l’époque d’un univers stationnaire.

La découverte de Hubble a semé le trouble parmi les spécialistes et a longtemps était rejetée car elle impliquait l’existence d’un Big-Bang comme point de départ de cette expansion. Cette notion de « commencement » absolu semblait à ses détracteurs en contradiction avec la position rationaliste et matérialiste de la science car il pouvait dans leur esprit servir d'argument à l'idée d'une création divine. Après quelques années de débat houleux, la communauté scientifique s’est rangée derrière cette hypothèse qui constitue aujourd’hui le modèle standard cosmologique.

Les galaxies s’éloignent bien les unes des autres, plusieurs dizaines de mesures ont confirmé ce fait. Mais à quelle vitesse ? De moins en moins vite ont répondu pendant près de soixante dix ans les astrophysiciens. En effet, du fait de l’attraction gravitationnelle qui existe entres elles, leur vitesse d’éloignement devrait diminuer petit à petit. Et bien non ! Contrairement aux prévisions, en 1998 deux équipes d'astronomes (puis plusieurs autres par la suite) sont parvenues au résultat inattendu que l'expansion de l'univers est en expansion accélérée. Aucune théorie n’explique ce coup de speed de l’espace, d’où la nécessité de replancher sur le modèle cosmologique afin d’établir de nouvelles hypothèses. Parmi les plus probables, deux sont aujourd’hui particulièrement étudiées, à savoir :

- soit l’Univers est rempli d’une mystérieuse énergie sombre (ou noire) produisant une force répulsive qui contrebalance le freinage gravitationnel produit par la matière contenue dans l’Univers ;

- soit la théorie de la gravitation n’est pas correcte et doit être modifiée, en ajoutant par exemple des dimensions supplémentaires à la description de l’espace.

Les observations actuelles du taux d’expansion de l’Univers ne permettent pas de trancher entre ces deux options. Pour solutionner ce délicat problème, une équipe internationale, dont plusieurs membres du CNRS, a mesuré la position et la vitesse de plus de 10 000 galaxies situées dans l’univers lointain et observées telles qu’elles étaient sept milliards d’années dans le passé. Les résultats obtenus concordent avec les observations précédentes et renforcent l’hypothèse émise ces dix dernières années, de l’existence d’une forme simple d’énergie sombre agissant comme une force répulsive s’opposant à la gravité et composant près de 70% de l’Univers !

Ce constat, qui fait l’objet d’une publication dans la revue Nature datée du 31 janvier, n’est pas une preuve absolue de l’existence de l’énergie noire. Pour déterminer définitivement la nature du mécanisme provoquant cette accélération, il est nécessaire de procéder à des sondages explorant des volumes dix fois supérieurs à celui couvert par cette étude. A ce moment là seulement, il sera possible de connaître la vraie nature de la Force…

source http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/