L’énergie sombre précoce pourrait résoudre deux énigmes cosmologiques

MADRID, 13 septembre (EUROPA PRESS) –

Une nouvelle étude de Physiciens du MIT propose qu’une force mystérieuse connue sous le nom d’énergie sombre précoce puisse résoudre deux des plus grandes énigmes de la cosmologie.

L’un est le “Tension de Hubble”, qui fait référence à une inadéquation dans les mesures de la vitesse d’expansion de l’univers. L’autre implique l’observation de nombreuses premières galaxies brillantes qui existaient à une époque où l’univers primitif aurait dû être beaucoup moins peuplé.

Maintenant, l’équipe du MIT (Institut de technologie du Massachusetts) a découvert que les deux énigmes pourraient être résolues si l’univers primitif possédait un ingrédient supplémentaire et éphémère : l’énergie sombre primitive. L’énergie sombre est une forme d’énergie inconnue qui, selon les physiciens, est à l’origine de l’expansion de l’univers actuel. L’énergie sombre précoce est un phénomène hypothétique similaire qui n’a peut-être fait qu’une brève apparition, influençant l’expansion de l’univers dans ses premiers instants avant de disparaître complètement.

Certains physiciens soupçonnent que l’énergie noire précoce pourrait être la clé pour résoudre la tension de Hubble, car cette force mystérieuse pourrait accélérer l’expansion précoce de l’univers. dans une quantité qui résoudrait l’inadéquation des mesures.

Des chercheurs du MIT ont découvert que l’énergie sombre précoce pourrait également expliquer le nombre énigmatique de galaxies brillantes que les astronomes ont observés dans l’univers primitif. Dans leur nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyl’équipe a modélisé la formation des galaxies au cours des premières centaines de millions d’années de l’univers. Lorsqu’ils ont incorporé une composante d’énergie sombre uniquement dans cette période antérieure, ils ont découvert que le nombre de galaxies qui issus de l’environnement primordial ont prospéré pour se conformer aux observations des astronomes.

“Nous avons ces deux énigmes ouvertes à venir”, dit-il dans une déclaration Rohan Naidu, co-auteur de l’étude, postdoctorant à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. “Nous avons découvert qu’en fait, l’énergie sombre précoce constitue une solution très élégante et clairsemée à deux des problèmes les plus urgents de la cosmologie.”

Selon les modèles cosmologiques et de formation de galaxies standards, l’univers aurait dû prendre son temps pour former les premières galaxies. Il aurait fallu des milliards d’années pour que le gaz primordial fusionne en galaxies aussi grandes et brillantes que la Voie lactée.

Mais en 2023, le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA a fait une observation surprenante. Avec la capacité de regarder plus loin dans le temps que tout autre observatoire à ce jour, le télescope a découvert un nombre surprenant de galaxies brillantes aussi grandes que la Voie Lactée moderne au cours des 500 premiers millions d’années. quand l’univers n’avait que 3 pour cent de son âge actuel.

“Les galaxies brillantes observées par JWST seraient comme voir un amas de lumières autour des grandes villes, alors que la théorie prédit quelque chose comme la lumière autour d’environnements plus ruraux comme le parc national de Yellowstone”, explique Shen. “Et nous ne nous attendons pas à cet amas de lumière si tôt.”

Pour les physiciens, les observations impliquent qu’il y a quelque chose de fondamentalement erroné dans la physique qui sous-tend les modèles ou qu’il y a un ingrédient manquant dans l’univers primitif que les scientifiques n’ont pas pris en compte. L’équipe du MIT a exploré la possibilité de cette dernière solution, et si l’ingrédient manquant pourrait être une énergie sombre primitive.

Les physiciens ont proposé que l’énergie noire primitive soit une sorte de force antigravitationnelle qui ne s’active que très tôt. Cette force contrecarrerait l’attraction de la gravité vers l’intérieur et accélérerait l’expansion précoce de l’univers, de manière à résoudre le décalage des mesures. Donc, l’énergie sombre précoce est considérée comme la solution la plus probable à la tension de Hubble.

L’équipe du MIT a cherché à savoir si l’énergie sombre précoce pourrait également être la clé pour expliquer la population inattendue de grandes galaxies lumineuses détectées par JWST. Dans leur nouvelle étude, les physiciens ont considéré comment l’énergie noire précoce pourrait affecter la structure primitive de l’univers qui a donné naissance aux premières galaxies. Ils se sont concentrés sur la formation de halos de matière noire, des régions de l’espace où la gravité s’avère la plus forte et où la matière commence à s’accumuler.

LE SQUELETTE DE LA GALAXIE

“Nous pensons que les halos de matière noire constituent le squelette invisible de l’univers”, explique Shen. “Les structures de matière noire se forment d’abord, puis les galaxies se forment à l’intérieur de ces structures. Par conséquent, nous nous attendons à ce que le nombre de galaxies brillantes soit proportionnel au nombre de grands halos de matière noire“.

L’équipe a développé un cadre empirique pour la formation précoce des galaxies, qui prédit le nombre, la luminosité et la taille des galaxies qui devraient se former dans l’univers primitif, à partir de certaines mesures de « paramètres cosmologiques ». Les paramètres cosmologiques sont les ingrédients de base, ou termes mathématiques, qui décrivent l’évolution de l’univers.

Les physiciens ont déterminé qu’il existe au moins six paramètres cosmologiques majeurs, dont la constante de Hubble, terme qui décrit le taux d’expansion de l’univers. D’autres paramètres décrivent les fluctuations de densité dans la soupe primordiale, immédiatement après le Big Bang, à partir de laquelle se forment des halos de matière noire.

L’équipe du MIT a estimé que Si l’énergie sombre précoce affecte le taux d’expansion précoce de l’univers, d’une manière qui résout la tension de Hubble, alors pourrait affecter l’équilibre des autres paramètres cosmologiquesd’une manière qui pourrait augmenter le nombre de galaxies brillantes apparaissant tôt. Pour tester leur théorie, ils ont incorporé un premier modèle d’énergie noire (le même qui résout la tension de Hubble) dans un cadre empirique de formation de galaxies pour voir comment les premières structures de matière noire évoluent et donnent naissance aux premières galaxies.

“Ce que nous montrons, c’est que la structure du squelette de l’univers primitif est modifiée de manière subtile, où l’amplitude des fluctuations augmente et où des halos plus grands et des galaxies plus brillantes sont obtenus. que ceux qui existaient autrefois, plus que dans nos modèles plus conventionnels”, dit Naidu. “Cela signifie que les choses étaient plus abondantes et plus regroupées dans l’univers primitif.”