À quoi ressemble l’univers ? L’importance de faire la distinction entre la matière noire, l’énergie noire et l’expansion

Énergie noire et matière noire. Trop sombre, non ? Ce sont en réalité des termes qui font référence à notre ignorance : ce sont de la matière et de l’énergie que nous ne comprenons pas encore. Mais les deux sont fondamentaux pour expliquer à quoi ressemble l’univers.

Les équations – et l’observation – confirment que les galaxies s’éloignent les unes des autres. C’est l’expansion de l’univers. Mais à la fin du 20e siècle, on a découvert que Non seulement ils s’éloignent, mais ils le font rapidement.. Cette accélération que nous observons n’a sa place que s’il existe une composante énergétique qui ajoute de la vitesse à l’expansion. Et c’est à ce moment-là que nous parlons d’énergie noire.

Et la matière noire ? Cela correspond à environ 85 % de la masse totale de l’univers. Nous l’appelons sombre parce que nous ne pouvons pas le voir, qu’il n’est pas absorbé par les matériaux, ni qu’il n’est réfléchi. Pour cela, plus que sombre, nous devrions l’appeler transparent. Nous savons qu’il existe grâce à l’attraction gravitationnelle qu’il exerce sur les étoiles et les gaz, et cette attraction est observable. Nous ne savons pas s’il interagit avec le champ électromagnétique, mais si c’est le cas, il doit être très faible.

La matière noire n’est pas responsable de l’expansion de l’univers, et elle n’a rien à voir non plus avec son accélération. C’est la matière qui affecte la répartition des étoiles dans les galaxies. Et cela explique pourquoi les objets célestes tournent beaucoup plus vite qu’ils ne le feraient en son absence.

Énergie sombre, accélération

Nous ne savons pas quel phénomène physique se cache derrière l’énergie sombre qui provoque l’accélération de l’expansion de l’univers. C’est-à-dire qu’il existe quelque chose d’inconnu qui fait que les galaxies s’éloignent les unes des autres à des vitesses plus élevées.

Différentes raisons possibles sont envisagées pour expliquer l’énergie noire, mais dans la plupart des scénarios, cela n’a absolument rien à voir avec la matière noire. Le consensus général est donc que les deux phénomènes sont complètement déconnectés.

On pense que la matière noire est une matière composée de particules dépassant le modèle standard. On ne sait pas de quoi il s’agit.

L’espace-temps grandit

Qu’est-ce que cela signifie que les galaxies s’éloignent ?

L’expansion actuelle de l’univers ne s’explique pas par la physique newtonienne, mais par la relativité générale. L’expansion de l’univers dans cette théorie émerge naturellement du fait de vivre dans un univers homogène et isotrope (avec les mêmes propriétés dans toutes les directions).

Mais que se passe-t-il ? Les galaxies s’éloignent-elles dans un espace prédéterminé ? Non, c’est l’espace qui grandit. C’est une idée abstraite, pas du tout intuitive, mais c’est ce que nous disent les équations de la théorie de la relativité générale. Si les galaxies étaient absolument immobiles (elles ne le sont pas parce qu’elles s’attirent), si elles étaient fixes, à mesure que l’univers s’étend, elles s’éloigneraient les unes des autres, car l’expansion de l’univers crée un espace entre les deux.

Dans l’univers dessiné par la physique plus intuitive de Newton, l’espace et le temps préexistent et c’est la matière qui s’y déplace. Dans l’univers d’Einstein, l’espace et le temps sont vivant. Ce sont des entités physiques et l’espace-temps s’étend, grandit, et la matière le suit et le façonne à son tour. L’espace et le temps ne préexistent pas. L’espace et le temps sont dynamiques.

Ce n’est ni bon ni mauvais : C’est simplement ce que les équations nous disent..

Expansion accélérée et énergie noire

Voilà pour l’expansion de l’univers. L’expansion accélérée est une autre chose qui peut être comprise avec les équations d’Einstein si l’on y ajoute la constante cosmologique. Cette constante a été introduite par Einstein pour maintenir l’univers statique, mais aujourd’hui, la cosmologie moderne l’utilise pour expliquer l’accélération de l’univers.

Le débat actuel est de savoir si cette constante cosmologique est suffisante ou si elle est nécessaire pour que l’énergie noire évolue dans le temps. Pour élucider lequel de ces scénarios est correct, on réalise aujourd’hui un bon nombre de cartographies du ciel qui permettront bientôt de mieux comprendre la nature de ce phénomène.

L’expansion de l’univers n’a rien à voir avec l’énergie noire. L’accélération, oui.

Matière noire : son effet à l’échelle locale

La matière noire est un autre composant matériel des équations d’Einstein. Concernant le contenu matériel de l’univers, la matière noire est la composante dominante, environ cinq fois plus abondante que la matière ordinaire.

Matière noire froide ou CDM pour son acronyme en anglais, Matière noire froide, et la matière observable (lunes, planètes, étoiles, galaxies…) produisent un effet d’attraction gravitationnelle, typique des objets de masse. L’existence de matière noire explique également pourquoi les objets célestes tournent beaucoup plus rapidement autour du centre des galaxies que s’il existait uniquement de la matière observable.

Avec l’expansion de l’univers, les galaxies s’éloignent les unes des autres ; s’il y a de la matière noire, la séparation est plus difficile à réaliser. C’est pourquoi certaines galaxies proches les unes des autres ne se séparent pascar la matière noire renforce l’attraction de la gravité locale.

La matière noire n’est capable de contrecarrer l’expansion de l’univers que jusqu’à un certain point. Mais à mesure que l’on s’éloigne (au-delà des échelles des amas de galaxies), les galaxies s’éloignent à nouveau les unes des autres. Un exemple concret où la matière noire met en échec l’expansion de l’univers est la future fusion de notre galaxie et de la galaxie d’Andromède.

Andromède et la Voie Lactée ne vont pas se séparer, bien que l’univers soit en expansion. Grâce à leur composante de matière noire, la force de gravité qui les sépare les fait se rapprocher et à un moment donné fusionner.

Et ainsi, l’univers s’étend sans frontières, l’espace-temps croît à un rythme accéléré, les galaxies se séparent les unes des autres, et en elles il y a une composante de matière transparente dont nous ne savons pas ce que c’est, nous l’appelons sombre.

Tout cela n’est ni bon ni mauvais, c’est simplement ainsi qu’est l’univers.