Une image fixe d'une animation qui montre l'expansion de l'univers dans la cosmologie standard « Lambda Cold Dark Matter », qui comprend l'énergie noire (panneau supérieur gauche, rouge), le nouveau modèle Avera, qui considère la structure de l'univers et élimine le besoin d'énergie noire (panneau supérieur du milieu, bleu), et la cosmologie d'Einstein-de Sitter, le modèle original sans énergie noire (panneau supérieur droit, vert). Le panneau du bas montre l'augmentation du "facteur d'échelle" (une indication de la taille) en fonction du temps, où 1Gya vaut 1 milliard d'années. La croissance de la structure peut également être observée dans les panneaux supérieurs. Un point représente approximativement un amas de galaxies entier. Les unités d'échelle sont en mégaparsecs (Mpc), où 1 Mpc est d'environ 3 millions de millions de millions de km. Crédit :István Csabai et al
énigmatique « énergie noire », pensé pour représenter 68% de l'univers, peut ne pas exister du tout, selon une équipe hongro-américaine. Les chercheurs pensent que les modèles standards de l'univers ne tiennent pas compte de sa structure changeante, mais qu'une fois cela fait, le besoin d'énergie noire disparaît. L'équipe publie ses résultats dans un article en Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .
Notre univers s'est formé dans le Big Bang, il y a 13,8 milliards d'années, et n'a cessé de s'étendre depuis. L'élément clé de cette expansion est la loi de Hubble, sur la base d'observations de galaxies, qui indique qu'en moyenne, la vitesse à laquelle une galaxie s'éloigne de nous est proportionnelle à sa distance.
Les astronomes mesurent cette vitesse de récession en observant les raies du spectre d'une galaxie, qui se déplacent d'autant plus vers le rouge que la galaxie s'éloigne rapidement. A partir des années 1920, cartographier les vitesses des galaxies a conduit les scientifiques à conclure que l'univers entier est en expansion, et qu'il a commencé sa vie comme un point extrêmement petit.
Dans la seconde moitié du XXe siècle, les astronomes ont trouvé des preuves d'une "matière noire" invisible en observant qu'il fallait quelque chose de plus pour expliquer le mouvement des étoiles dans les galaxies. On pense maintenant que la matière noire représente 27 % du contenu de l'univers (en revanche, la matière « ordinaire » n'en représente que 5 %).
Observations des explosions d'étoiles naines blanches dans des systèmes binaires, les supernovae dites de type Ia, dans les années 1990 a ensuite conduit les scientifiques à la conclusion qu'une troisième composante, énergie noire, constitué 68% du cosmos, et est responsable de conduire une accélération dans l'expansion de l'univers.
Dans le nouveau travail, les chercheurs, dirigé par le doctorant Gábor Rácz de l'Université Eötvös Loránd en Hongrie, remettre en question l'existence de l'énergie noire et suggérer une explication alternative. Ils soutiennent que les modèles conventionnels de la cosmologie (l'étude de l'origine et de l'évolution de l'univers), s'appuyer sur des approximations qui ignorent sa structure, et où la matière est supposée avoir une densité uniforme.
"Les équations de la relativité générale d'Einstein qui décrivent l'expansion de l'univers sont si complexes mathématiquement, que depuis cent ans aucune solution tenant compte de l'effet des structures cosmiques n'a été trouvée. Nous savons par des observations très précises de supernova que l'univers accélère, mais en même temps, nous nous appuyons sur des approximations grossières des équations d'Einstein qui peuvent introduire de graves effets secondaires, comme le besoin d'énergie noire, dans les modèles conçus pour s'adapter aux données d'observation." explique le Dr László Dobos, co-auteur de l'article, également à l'Université Eötvös Loránd.
En pratique, la matière normale et noire semblent remplir l'univers d'une structure semblable à de la mousse, où les galaxies sont situées sur les parois minces entre les bulles, et sont regroupés en superamas. L'intérieur des bulles est en revanche presque vide des deux types de matière.
En utilisant une simulation informatique pour modéliser l'effet de la gravité sur la distribution de millions de particules de matière noire, les scientifiques ont reconstitué l'évolution de l'univers, y compris l'agglutination précoce de la matière, et la formation d'une structure à grande échelle.
Contrairement aux simulations conventionnelles avec un univers en expansion douce, la prise en compte de la structure a conduit à un modèle où différentes régions du cosmos s'étendent à des rythmes différents. Le taux d'expansion moyen est cependant cohérent avec les observations actuelles, qui suggèrent une accélération globale.
Le Dr Dobos ajoute :« La théorie de la relativité générale est fondamentale pour comprendre la façon dont l'univers évolue. Nous ne remettons pas en cause sa validité; nous remettons en question la validité des solutions approximatives. Nos découvertes reposent sur une conjecture mathématique qui permet l'expansion différentielle de l'espace. , conforme à la relativité générale, et ils montrent comment la formation de structures complexes de matière affecte l'expansion. Ces problèmes étaient auparavant balayés sous le tapis, mais les prendre en compte peut expliquer l'accélération sans avoir besoin d'énergie noire."
Si ce constat est confirmé, elle pourrait avoir un impact significatif sur les modèles de l'univers et l'orientation de la recherche en physique. Depuis 20 ans, les astronomes et les physiciens théoriciens ont spéculé sur la nature de l'énergie noire, mais cela reste un mystère non résolu. Avec le nouveau modèle, Csabai et ses collaborateurs s'attendent à tout le moins à lancer un débat animé.
