Énergie noire : la constante cosmologique d'Einstein implique-t-elle une crise en cosmologie ?

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On sait depuis presque 20 ans que l’expansion de l’Univers observable est en cours d’accélération depuis quelques milliards d’années alors que les premiers modèles cosmologiques envisagés à partir de la découverte du rayonnement fossile et, pour faire simple, à la fin des années 1970 en se basant sur d’autres observations et mesures en astrophysique à cette époque, prévoyaient une décélération de l’expansion après une phase de Big Bang chaude du Cosmos primordial.

Une image aide à comprendre de quoi il s'agit. L'évolution de l'expansion sous l'effet de la gravité du contenu du cosmos observable devait être analogue à celle d'un caillou lancé à la main à la verticale sur Terre, sous l’effet de la gravité en fin de trajectoire, décélérant avant de retomber. Mais dans le cas du Cosmos, le futur de cette expansion n'était pas forcément tel qu'elle s’inverse et devienne une contraction menant à un Big Crunch. La question d'une cosmologie cyclique avec un avant le Big Bang reste d'ailleurs largement ouverte. Or, l'expansion s'accélère.

On ne sait pas à ce jour ce qui cause cette accélération (c’est uniquement pour la mise en évidence de cette accélération que ses découvreurs Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess ont reçu le prix Nobel de Physique, sans rien supposer sur son origine). Il pourrait s’agir de ce que l’on appelle l’énergie noire, terme sur lequel on reviendra, mais pour certains aussi, très minoritaires, du fait que l’Univers observable n’est pas aussi homogène qu’on le pense à suffisamment grande échelle.

Dans le premier cas, il faut une nouvelle physique et dans le second, aucune.


Présentation par Françoise Combes de son cours 2016-2017 : « Énergie noire et modèles d'univers ». © Collège de France

Un zoo de modèles cosmologiques relativistes

Par contre, dans les deux cas, pour rendre compte de cette accélération, il s’introduit dans les équations d’Einstein une constante, la fameuse constante cosmologique que le génial découvreur de la théorie de la...

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