Trois mathématiciens ont une explication différente de l'expansion accélérée de l'univers qui se passe des théories de "l'énergie noire". Les équations originales d'Einstein pour la relativité générale prédisent en fait une accélération cosmique due à une "instabilité, " ils font valoir dans un article publié récemment dans Actes de la Royal Society A .

Il y a environ 20 ans, les astronomes ont fait une découverte surprenante :non seulement l'univers est en expansion, comme on le savait depuis des décennies, mais l'expansion s'accélère. Pour expliquer cela, les cosmologistes ont invoqué une force mystérieuse appelée « énergie noire » qui sert à séparer l'espace.

Peu de temps après qu'Albert Einstein ait écrit ses équations pour la relativité générale, qui décrivent la gravité, il a inclus un facteur « antigravité » appelé la « constante cosmologique » pour équilibrer l'attraction gravitationnelle et produire un univers statique. Mais Einstein a appelé plus tard la constante cosmologique sa plus grande erreur.

Lorsque les cosmologistes modernes ont commencé à s'attaquer à l'accélération cosmique et à l'énergie noire, ils ont dépoussiéré la constante cosmologique d'Einstein comme interchangeable avec l'énergie noire, compte tenu des nouvelles connaissances sur l'accélération cosmique.

Cette explication n'a pas satisfait les mathématiciens Blake Temple et Zeke Vogler de l'Université de Californie, Davis, et Joel Smoller à l'Université du Michigan, Ann Arbor.

"Nous avons entrepris de trouver la meilleure explication que nous puissions trouver pour l'accélération anormale des galaxies dans la théorie originale d'Einstein sans énergie noire, " dit Temple.

La théorie originale de la relativité générale a donné des prédictions correctes dans tous les autres contextes, Temple a dit, et il n'y a aucune preuve directe d'énergie noire. Alors pourquoi ajouter un "fudge factor" (énergie noire ou constante cosmologique) à des équations qui semblent déjà correctes ? Au lieu d'équations erronées qui doivent être modifiées pour obtenir la bonne solution, les mathématiciens soutiennent que les équations sont correctes, mais l'hypothèse d'un univers de galaxies en expansion uniforme est fausse, avec ou sans énergie noire, car cette configuration est instable.

Une solution instable

Les modèles cosmologiques partent d'un « univers de Friedmann, " qui suppose que toute la matière est en expansion mais uniformément répartie dans l'espace à chaque instant, dit Temple.

Temple, Smoller et Vogler ont élaboré des solutions à la Relativité Générale sans invoquer l'énergie noire. Ils soutiennent que les équations montrent que l'espace-temps de Friedmann est en fait instable :toute perturbation, par exemple si la densité de matière est un peu inférieure à la moyenne, le pousse dans un univers en accélération.

Temple compare cela à un pendule à l'envers. Quand un pendule pend, il est stable à son point le plus bas. Tournez un pendule rigide dans l'autre sens, et il peut s'équilibrer s'il est exactement centré, mais toute petite rafale le fera sauter.

Cela nous dit que nous ne devrions pas nous attendre à mesurer un univers de Friedmann, car il est instable, dit Temple. Ce que nous devrions plutôt nous attendre à mesurer, ce sont des espaces-temps locaux qui accélèrent plus rapidement. Remarquablement, les espaces-temps locaux créés par l'instabilité présentent précisément la même gamme d'accélérations cosmiques que celles que l'on obtient dans les théories de l'énergie noire, il a dit.

Ce que cela montre, c'est que l'accélération des galaxies aurait pu être prédite à partir de la théorie originale de la relativité générale sans invoquer du tout la constante cosmologique/énergie noire, dit Temple.

"Les mathématiques ne sont pas controversées, l'instabilité n'est pas controversée, " Temple a dit. " Ce que nous ne savons pas, c'est, notre galaxie de la Voie lactée se trouve-t-elle près du centre d'une grande sous-densité de matière dans l'univers."

L'article comprend des prédictions testables qui distinguent leur modèle des modèles d'énergie noire, dit Temple.