L'accélération observée du taux d'expansion de Hubble a été attribuée à une mystérieuse "énergie noire" qui représenterait environ 70% de l'univers. Professeur Subir Sarkar du Rudolf Peierls Center for Theoretical Physics, Oxford avec des collaborateurs de l'Institut d'Astrophysique, Paris et l'Institut Niels Bohr, Copenhague a utilisé des observations de 740 supernovae de type Ia pour montrer que cette accélération est un effet relativement local - elle est dirigée le long de la direction dans laquelle nous semblons nous déplacer par rapport au fond diffus cosmologique (qui présente une anisotropie dipolaire similaire). Bien que la raison physique de cette accélération soit inconnue, elle ne peut pas être attribuée à l'énergie noire qui aurait provoqué une accélération égale dans toutes les directions.

Le professeur Sarkar explique :« Le modèle cosmologique standard repose sur l'hypothèse que l'Univers est isotrope autour de tous les observateurs. Ce principe cosmologique est une extension du principe copernicien, à savoir que nous ne sommes pas des observateurs privilégiés. Il permet une grande simplification de la construction mathématique. du modèle cosmologique utilisant la théorie de la relativité générale d'Einstein. Cependant, lorsque les données d'observation sont interprétées dans ce cadre, nous sommes conduits à la conclusion étonnante qu'environ 70 % de l'univers est constitué de la constante cosmologique d'Einstein ou plus généralement de « l'énergie noire ». été interprétée comme due aux fluctuations quantiques du point zéro du vide mais l'échelle d'énergie associée est fixée par H0, le taux actuel d'expansion de l'univers. Il s'agit cependant d'un facteur 10 ⁴⁴ en dessous de l'échelle d'énergie du modèle standard de la physique des particules, la théorie quantique des champs bien établie qui décrit précisément tous les phénomènes subatomiques. Ses fluctuations au point zéro ont donc une densité d'énergie énorme qui aurait empêché l'univers d'atteindre son âge et sa taille actuels si elles influençaient effectivement le taux d'expansion via la gravité. A ce problème cosmologique constant, il faut ajouter le « pourquoi maintenant ? problème, à savoir pourquoi l'énergie noire n'a-t-elle dominé l'univers que récemment ? C'était négligeable autrefois, en particulier à ~400 ans, 000 ans lorsque le plasma primordial s'est suffisamment refroidi pour former des atomes et que le rayonnement du fond diffus cosmologique (CMB) a été libéré (le CMB n'est donc pas directement sensible à l'énergie noire)."

C'est dans ce contexte qu'il, avec Jacques Colin et Roya Mohayaee (Institut d'Astrophysique, Paris) et Mohamed Rameez (Institut Niels Bohr, Copenhague), a entrepris d'examiner si l'énergie noire existe vraiment. La preuve principale – récompensée par le prix Nobel de physique 2011 – concerne la « découverte de l'expansion accélérée de l'univers grâce aux observations de supernovae lointaines » en 1998 par deux équipes d'astronomes. Ceci était basé sur les observations d'environ 60 supernovae de type Ia, mais en attendant, l'échantillon s'était agrandi, et en 2014, les données ont été mises à disposition pour 740 objets dispersés dans le ciel (catalogue Joint Lightcurve Analysis).

Les chercheurs ont cherché à voir si l'accélération inférée du taux d'expansion de Hubble était uniforme dans le ciel.

"D'abord, nous avons calculé les redshifts et les magnitudes apparentes de la supernova mesurées (dans le système héliocentrique), annuler les corrections qui avaient été apportées dans le catalogue JLA pour les vitesses locales « particulières » (non Hubble). Cela avait été fait pour déterminer leurs valeurs dans le cadre CMB dans lequel l'univers devrait sembler isotrope—cependant, des travaux antérieurs de notre équipe avaient montré que de telles corrections sont suspectes car les vitesses particulières ne diminuent pas avec l'augmentation de la distance, par conséquent, il n'y a pas de convergence vers le cadre CMB, même jusqu'à un milliard d'années-lumière, " dit le professeur Sarkar.

Énergie noire

"Lorsque nous avons ensuite utilisé la statistique standard de l'estimateur du maximum de vraisemblance pour extraire les valeurs des paramètres, nous avons fait une découverte étonnante. Les données de la supernova indiquent, avec une signification statistique de 3,9σ, une anisotropie dipolaire dans l'accélération inférée (voir figure) dans la même direction que nous nous déplaçons localement, qui est indiqué par un semblable, bien connu, dipôle dans le CMB. Par contre, toute accélération isotrope (monopole) qui peut être attribuée à l'énergie noire est 50 fois plus petite et correspond à zéro à 1,4σ. Par le critère d'information bayésien, le meilleur ajustement aux données a, En réalité, pas de composante isotrope. Nous avons montré que tenir compte de l'évolution avec décalage vers le rouge des paramètres utilisés pour ajuster les courbes de lumière de la supernova ne change pas la conclusion, réfutant ainsi les critiques précédentes de notre méthode.

"Notre analyse est basée sur les données mais soutient la proposition théorique de Christos Tsagas (Université de Thessalonique) selon laquelle l'accélération peut être déduite lorsque nous ne sommes pas des observateurs coperniciens, comme on le suppose généralement, mais sont intégrés dans un écoulement local partagé par les galaxies voisines, comme si, En effet, observé. Ceci est inattendu dans le modèle cosmologique standard, et la raison d'un tel flux reste inexpliquée. Mais indépendamment de cela, il apparaît que l'accélération est un artefact de notre flux local, l'énergie noire ne peut donc pas être invoquée comme cause.

"Il y a, En effet, d'autres sondes de notre histoire d'expansion, par exemple. l'empreinte des oscillations acoustiques baryoniques (BAO) dans la distribution des galaxies, les âges des plus vieilles étoiles, le taux de croissance de la structure, etc., mais ces données sont encore trop rares, et actuellement tout aussi bien cohérent avec un univers qui ne s'accélère pas. Les fluctuations de température mesurées avec précision dans le CMB ne sont pas directement sensibles à l'énergie noire, bien que sa présence soit généralement déduite de la règle de somme selon laquelle tandis que le CMB mesure la courbure spatiale de l'univers pour être proche de zéro, sa teneur en matière ne correspond pas à la densité critique pour qu'il en soit ainsi. C'est, cependant, vrai que sous les hypothèses d'homogénéité et d'isotropie exactes - qui sont maintenant en question."

Le professeur Sarkar conclut :« Mais des progrès seront bientôt réalisés. Le grand télescope d'enquête synoptique mesurera beaucoup plus de supernovae et confirmera ou exclura un dipôle dans le paramètre de décélération. L'instrument spectroscopique à énergie noire et le satellite Euclid mesureront la BAO et la lentille avec précision. European Extremely Large Telescope mesurera la « dérive vers le rouge » de sources distantes sur une période de temps, et ainsi faire une mesure directe de l'histoire de l'expansion de l'univers."