Les scientifiques ont découvert qu'une mystérieuse pression appelée "énergie noire" représente environ 68% du contenu énergétique total du cosmos, mais pour l'instant nous n'en savons pas beaucoup plus. L'exploration de la nature de l'énergie noire est l'une des principales raisons pour lesquelles la NASA construit le Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), un télescope spatial dont les mesures aideront à éclairer le puzzle de l'énergie noire. Avec une meilleure compréhension de l'énergie noire, nous aurons une meilleure idée de l'évolution passée et future de l'univers.

Un cosmos en expansion

Jusqu'au 20ème siècle, la plupart des gens croyaient que l'univers était statique, demeurant essentiellement inchangé à travers l'éternité. Quand Einstein a développé sa théorie de la relativité générale en 1915, décrivant comment la gravité agit à travers le tissu de l'espace-temps, il était perplexe de découvrir que la théorie indiquait que le cosmos devait soit s'étendre, soit se contracter. Il a fait des changements pour préserver un univers statique, ajoutant quelque chose qu'il a appelé la "constante cosmologique, " même s'il n'y avait aucune preuve qu'elle existait réellement. Cette force mystérieuse était censée contrer la gravité pour tout maintenir en place.

Cependant, à la fin des années 1920, l'astronome Georges Lemaître, puis Edwin Hubble, fait la découverte surprenante qu'à quelques exceptions près, les galaxies s'éloignent les unes des autres. L'univers était loin d'être statique - il montait en flèche vers l'extérieur. Par conséquent, si nous imaginons rembobiner cette expansion, il doit y avoir eu un temps où tout dans l'univers était presque incroyablement chaud et proche les uns des autres.

Les scientifiques ont découvert qu'une mystérieuse pression surnommée "l'énergie noire" représente environ 68% du contenu énergétique total du cosmos, mais pour l'instant nous n'en savons pas beaucoup plus. L'exploration de la nature de l'énergie noire est l'une des principales raisons pour lesquelles la NASA construit le Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), un télescope spatial dont les mesures aideront à éclairer le puzzle de l'énergie noire. Avec une meilleure compréhension de l'énergie noire, nous aurons une meilleure idée de l'évolution passée et future de l'univers.

La fin de l'univers :feu ou glace ?

La théorie du Big Bang décrit l'expansion et l'évolution de l'univers à partir de ce super chaud initial, état surdense. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que la gravité finirait par ralentir et peut-être même complètement inverser cette expansion. Si l'univers contenait assez de matière, la gravité surmonterait l'expansion, et l'univers s'effondrerait dans un "Big Crunch" enflammé.

Si non, l'expansion ne finirait jamais - les galaxies se développeraient de plus en plus loin jusqu'à ce qu'elles dépassent le bord de l'univers observable. Nos lointains descendants pourraient ne pas avoir connaissance de l'existence d'autres galaxies car elles seraient trop éloignées pour être visibles. Une grande partie de l'astronomie moderne pourrait un jour être réduite à une simple légende alors que l'univers s'estompe progressivement vers un noir glacial.

L'univers ne se contente pas de s'étendre, il s'accélère

Les astronomes ont mesuré le taux d'expansion en utilisant des télescopes au sol pour étudier des explosions de supernova relativement proches. Le mystère s'est intensifié en 1998 lorsque les observations du télescope spatial Hubble de supernovae plus éloignées ont permis de montrer que l'univers s'est en fait étendu plus lentement dans le passé qu'aujourd'hui. L'expansion de l'univers ne ralentit pas à cause de la gravité, comme tout le monde le pensait. Ça s'accélère.

Avance rapide jusqu'à aujourd'hui. Bien que nous ne sachions toujours pas exactement ce qui cause l'accélération, on lui a donné un nom - énergie noire. Cette mystérieuse pression est restée si longtemps inconnue car elle est si faible que la gravité la domine à l'échelle de l'homme, planètes et même la galaxie. Il est présent dans la pièce avec vous pendant que vous lisez, dans ton corps même, mais la gravité le contrecarre pour que vous ne vous envoliez pas hors de votre siège. Ce n'est qu'à l'échelle intergalactique que l'énergie noire devient perceptible, agissant comme une sorte d'opposition faible à la gravité.

Qu'est-ce que l'énergie noire ?

Qu'est-ce que l'énergie noire exactement ? Plus est inconnu que connu, mais les théoriciens recherchent quelques explications possibles. L'accélération cosmique pourrait être causée par une nouvelle composante énergétique, ce qui nécessiterait quelques ajustements à la théorie de la gravité d'Einstein - peut-être la constante cosmologique, qu'Einstein a appelé sa plus grosse bévue, est réel après tout.

Alternativement, La théorie de la gravité d'Einstein pourrait s'effondrer à des échelles cosmologiques. Si c'est le cas, la théorie devra être remplacée par une nouvelle qui incorpore l'accélération cosmique que nous avons observée. Les théoriciens ne savent toujours pas quelle est la bonne explication, mais WFIRST nous aidera à le découvrir.

WFIRST illuminera l'énergie noire

Les missions précédentes ont rassemblé quelques indices, mais jusqu'à présent, ils n'ont pas donné de résultats qui favorisent fortement une explication par rapport à une autre. Avec la même résolution que les caméras de Hubble mais un champ de vision 100 fois plus grand, WFIRST générera de grandes images jamais vues auparavant de l'univers. La nouvelle mission fera progresser l'exploration du mystère de l'énergie noire d'une manière que d'autres télescopes ne peuvent pas faire en cartographiant comment la matière est structurée et distribuée dans le cosmos, et aussi en mesurant un grand nombre de supernovae distantes. Les résultats indiqueront comment l'énergie noire agit à travers l'univers, et si et comment cela a changé au cours de l'histoire cosmique.

La mission utilisera trois méthodes d'enquête pour rechercher une explication de l'énergie noire. Le levé spectroscopique à haute latitude mesurera avec précision les distances et les positions de millions de galaxies à l'aide d'une technique de « règle standard ». Mesurer comment la distribution des galaxies varie avec la distance nous donnera une fenêtre sur l'évolution de l'énergie noire au fil du temps. Cette étude reliera les distances des galaxies aux échos des ondes sonores juste après le Big Bang et testera la théorie de la gravité d'Einstein sur l'âge de l'univers.

Le High Latitude Imaging Survey mesurera les formes et les distances de multitudes de galaxies et d'amas de galaxies. L'immense gravité des objets massifs déforme l'espace-temps et fait apparaître des galaxies plus éloignées déformées. L'observation du degré de distorsion permet aux scientifiques de déduire la répartition de la masse dans le cosmos. Cela inclut toute la matière que nous pouvons voir directement, comme les planètes et les étoiles, ainsi que la matière noire - un autre mystère cosmique sombre qui n'est visible que par ses effets gravitationnels sur la matière normale. Cette étude fournira une mesure indépendante de la croissance de la structure à grande échelle dans l'univers et de la façon dont l'énergie noire a affecté le cosmos.

WFIRST mènera également une enquête sur un type d'étoile qui explose, en s'appuyant sur les observations qui ont conduit à la découverte de l'expansion accélérée. Les supernovae de type Ia se produisent lorsqu'une étoile naine blanche explose. Les supernovae de type Ia ont généralement la même luminosité absolue à leur apogée, ce qui en fait ce qu'on appelle des "bougies standard". Cela signifie que les astronomes peuvent déterminer à quelle distance ils se trouvent en voyant à quel point ils sont brillants depuis la Terre - et plus ils sont loin, le gradateur qu'ils apparaissent. Les astronomes examineront également les longueurs d'onde particulières de la lumière provenant des supernovae pour savoir à quelle vitesse les étoiles mourantes s'éloignent de nous. En combinant les distances avec les mesures de luminosité, les scientifiques verront comment l'énergie noire a évolué au fil du temps, permettant un recoupement avec les deux relevés de haute latitude.

"La mission WFIRST est unique en combinant ces trois méthodes. Elle conduira à une interprétation très solide et riche des effets de l'énergie noire et nous permettra de faire une déclaration définitive sur la nature de l'énergie noire, " a déclaré Olivier Doré, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, et chef de l'équipe qui planifie les deux premières méthodes d'enquête avec WFIRST.

Découvrir comment l'énergie noire a affecté l'expansion de l'univers dans le passé nous éclairera sur la façon dont elle influencera l'expansion à l'avenir. S'il continue d'accélérer l'expansion de l'univers, nous sommes peut-être destinés à vivre une « grande déchirure ». Dans ce scénario, l'énergie noire finirait par devenir dominante sur les forces fondamentales, causant tout ce qui est actuellement lié ensemble - galaxies, planètes, les gens - se séparer. L'exploration de l'énergie noire nous permettra d'enquêter, et peut-être même prévoir, le destin de l'univers.