2024 : Une année clé pour l’énergie sombre
2024 a été une année importante pour la science spatiale à bien des égards, mais elle pourrait bien s’avérer être l’année la plus importante pour l’ingrédient le plus troublant et mystérieux de l’univers, l’énergie sombre, depuis sa découverte il y a près de trente ans. C’était la première année où les scientifiques ont obtenu un indice observationnel excitant selon lequel la force qui entraîne l’expansion accélérée du cosmos pourrait être en train de grandir.
L’énergie sombre, une énigme pour les scientifiques
L’énergie sombre est un problème sérieux pour les scientifiques. Représentant 68% du budget total en matière-énergie de l’univers, c’est la force qui entraîne l’accélération de l’expansion de celui-ci. Ce phénomène est différent de l’inflation précoce de l’univers causée par le Big Bang, qui s’était presque arrêtée lorsque l’énergie sombre a pris le relais ! Pour comprendre pourquoi cela inquiète, imaginez donner une seule poussée à un enfant sur une balançoire, regarder son mouvement s’arrêter, puis, sans raison apparente, le voir se balancer à nouveau, de plus en plus rapidement. Cette accélération tardive a été découverte en 1998 par deux équipes d’astronomes réalisant des mesures de distance à l’aide de supernovas dans des galaxies lointaines. L’énergie sombre était simplement un nom provisoire accordé à la force qui dirige cette accélération, dans l’espoir qu’un concept et un nom plus précis émergent un jour.
L’énergie sombre évolue-t-elle ?
Pourtant, l’énergie sombre est restée dans notre recette de l’univers, sa présence rappelant que l’ingrédient principal du cosmos reste un mystère. On peut comparer cela au mélange secret d’herbes et d’épices du Colonel Sanders, mais c’est plutôt comme manger chez KFC sans savoir ce qu’est le poulet ni d’où il vient ! Troublant, en effet. Bien que 2024 n’ait pas apporté de réponse plus concluante à ce mystère que les 25 années précédentes, une fissure significative est apparue dans l’armure de l’énergie sombre, un indice tentant qui pourrait mettre les scientifiques sur la bonne voie pour résoudre cette énigme cosmologique pressante. 2024 a été l’année de DESI.
Les résultats enthousiasmants de DESI
Ces nouveaux indices sur l’énergie sombre sont le résultat de la première année de données fournies par l’Instrument de Spectroscopie de l’Énergie Sombre (DESI), qui a abouti à l’une des cartes les plus profondes de l’univers jamais réalisées. Les 5 000 yeux robots de DESI collectent la lumière de millions de galaxies sur plus d’un tiers du ciel terrestre, la décomposant en un spectre de couleurs. Les données de DESI ont permis aux scientifiques de mesurer le changement de longueur d’onde de la lumière provenant de galaxies lointaines alors qu’elles s’éloignent de nous dans le tissu expansif de l’espace-temps, phénomène appelé décalage vers le rouge. Les résultats de DESI ont donné aux scientifiques un indice selon lequel l’énergie sombre change au fil du temps. En particulier, il semble que cette force mystérieuse s’affaiblit. Cela est significatif, car dans notre meilleur modèle actuel de cosmologie – le Modèle Standard ou le modèle de la Matière Noire Froide Lambda (LCDM) – l’énergie sombre est représentée par la constante cosmologique (marquée par la lettre grecque lambda). La constante cosmologique est censée rester constante au fil du temps dans le modèle LCDM. La sortie de ces résultats a été une grande journée pour la cosmologie, indiquant un effet diminuant de l’énergie sombre au fil du temps, cela signifie qu’elle évolue et, par conséquent, n’est pas du tout constante, a déclaré Luz Ángela García Peñaloza, ancienne membre de l’équipe de DESI et cosmologiste à l’Universidad ECCI en Colombie, à Space.com en avril 2024 lorsque les données de DESI ont été publiées. La découverte d’une énergie sombre évolutive serait aussi révolutionnaire que la découverte de l’expansion accélérée de l’univers elle-même, si elle est confirmée par des données futures.
Des modèles de dynamique de l’énergie sombre
La diminution de l’énergie sombre ou son changement sous quelque forme que ce soit ont été un véritable choc pour les cosmologistes. Comme l’a souligné García Peñaloza, jusqu’à présent, les observations étaient cohérentes avec une équation d’état de l’univers dans laquelle la constante cosmologique et donc l’énergie sombre sont constantes dans le temps. García Peñaloza a déclaré que cette divergence de la constance ouvre la voie à des modèles du cosmos qui incluent un type d’énergie sombre variant dans le temps. Cela pourrait signifier la fin de la constante cosmologique et l’émergence de l’énergie sombre dynamique. Une idée d’énergie sombre dynamique qui était déjà privilégiée par García Peñaloza avant que les résultats de DESI ne soient disponibles était un modèle d’énergie sombre précoce (EDE). Cette idée repose sur le fait que, bien que l’énergie sombre domine maintenant l’univers, ce n’était pas toujours le cas. Jusqu’à il y a environ 4 à 5 milliards d’années, la matière dominait l’univers, et avant cela, c’était le rayonnement qui entraînait l’inflation liée au Big Bang. Les modèles EDE suggèrent que l’énergie sombre n’est pas apparue du néant pour régner sur le cosmos lorsqu’il avait entre 9 et 10 milliards d’années ; l’énergie sombre était présente depuis le début, jouant un rôle non négligeable. Cela signifie qu’elle est dynamique et changeante. Les premières données de DESI semblent soutenir ce concept.
La fin de la constante cosmologique ?
Les cosmologistes ne seront pas trop tristes de voir la fin de la constante cosmologique, si l’énergie sombre s’avère effectivement être en évolution. Les prédictions de la constante cosmologique représentant l’énergie du vide de l’espace faites à partir de la théorie varient des observations de cette valeur jusqu’à 10 puissance 121 (c’est 10 suivi de 120 zéros). Il n’est pas étonnant que la constante cosmologique soit un casse-tête pour les cosmologistes depuis des décennies et qu’elle ait été qualifiée de pire prédiction théorique de l’histoire de la physique. Cependant, ne mettons pas rapidement de côté lambda. Il faudra plus de données pour renverser ce modèle. Et les données qui pourraient le faire sont déjà en cours de route ! Les cosmologistes se sont rapprochés de l’abandon de lambda en 2024.
Les attentes pour 2025
L’enquête DESI a commencé à fonctionner à partir du télescope Mayall au sommet de Kitt Peak près de Tucson, en Arizona, en 2021, et elle devrait fonctionner pendant cinq ans, se terminant en 2026. De manière excitante, les résultats que nous avons déjà évoqués indiquent un changement de paradigme pour la science de l’énergie sombre qui a émergé dès la première année des résultats. Pour provoquer une remise en question majeure de l’énergie sombre, les scientifiques devront voir davantage de données suggérant que cet ingrédient du cosmos change avec le temps. Heureusement, les données de la deuxième et de la troisième année de DESI sont attendues au printemps 2025. L’énergie sombre dynamique pourrait être plus compatible avec les observations de la première année de DESI que ne l’est la constante cosmologique, a déclaré García Peñaloza. Cela dit, ce n’est pas encore concluant ; ce ne sont que des indices favorables à une énergie sombre en évolution plutôt qu’à un candidat cosmologique standard. Cependant, c’est assez excitant. Il est peut-être encore trop tôt pour dire que nous résolvons ce mystère, mais je dirais que nous en savons un peu plus sur le comportement de cet ingrédient inconnu. García Peñaloza a expliqué les développements qu’elle attend pour l’année prochaine en matière de science de l’énergie sombre. DESI recevra de l’aide dans sa quête pour révéler les secrets de l’énergie sombre, a-t-elle déclaré, sous la forme de nouvelles données provenant du télescope spatial Euclid. Le détecteur d’énergie sombre de l’Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé en juillet 2023, et depuis octobre de cette année-là, il épate les scientifiques avec ses superbes images du cosmos. L’année prochaine, il pourrait faire de même avec des données concrètes. Tout d’abord, Euclid publiera les premiers ensembles de données, qui sont attendus depuis longtemps par la communauté. De plus, d’autres indicateurs de l’univers à grande échelle publieront leurs résultats qui complètent les découvertes récentes du télescope spatial James Webb, a conclu García Peñaloza. Les simulations numériques haute résolution les plus récentes continueront à révéler de nouveaux indices sur ce qu’est l’énergie sombre et susciteront probablement de nouvelles questions sur le lien entre l’énergie sombre et d’autres phénomènes cosmologiques. Tout comme l’univers lui-même, notre excitation pour 2025 et pour la science qu’il apportera grandit à un rythme accéléré !
