Énergie noire ou énergie sombre : Définition et différence avec la matière noire

L'énergie noire est l'un des plus grands mystères de l'univers et un concept clé de la cosmologie moderne. C'est une forme hypothétique d'énergie qui, selon les scientifiques, représente environ 68 % de l'univers. Son existence a été proposée afin d'expliquer une observation surprenante : l'univers est non seulement en expansion, mais cette expansion s'accélère au fil du temps.

Cette accélération a été découverte dans les années 1990, lorsque des astronomes ont observé le comportement de supernovae lointaines. Ils s'attendaient à ce que la gravité ait ralenti l'expansion de l'univers depuis le Big Bang, mais les données ont démontré le contraire. Quelque chose d'inconnu était le moteur de l'expansion, et cette force a été baptisée « énergie noire ».

Bien que sa nature exacte reste une énigme, une théorie courante veut que l'énergie sombre soit liée à la constante cosmologique, un terme introduit par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale. Cette constante agit comme une forme de pression négative ou répulsive qui s'oppose à l'attraction gravitationnelle.

Une autre possibilité est que l'énergie noire soit liée à des champs dynamiques ou à des propriétés fondamentales de l'espace-temps que nous ne comprenons pas encore. Ce qui est clair, c'est que son existence a de profondes implications pour le destin de l'univers. En fonction de son évolution, elle pourrait entraîner l'expansion perpétuelle du cosmos, son arrêt, voire son effondrement dans ce qu'on appelle un « Big Crunch ».

L'énergie noire constitue autour de 68% de la totalité de l'univers. Cela signifie que la grande majorité du cosmos est dominée par quelque chose qu'on n'arrive pas à observer directement, mais que l'on déduit par ses effets que l'on observe.

Pour mettre tout ça en perspective, le reste de l'univers est composé de matière et d'énergie que l'on arrive à étudier bien plus facilement. Autour de 27% du reste correspond à de la matière noire, une forme mystérieuse de matière qui n'émet pas et qui n'interagit pas avec la lumière, mais dont la présence a été détectée au travers de son influence gravitationnelle. Finalement, à peine 5% de l'univers est de la matière "ordinaire", qui forme les planètes, les étoiles, les galaxies et, de manière générale, tout ce qu'on peut voir et toucher.

Cette distribution a été déterminée grâce à des observations cosmologiques précises, comme les mesures du fond cosmique de micro-ondes, qui est l'« écho » du Big Bang, et l'étude de la distribution à grande échelle des galaxies. Les outils et théories modernes, comme le modèle cosmologique standard, ont permis de calculer ces ratios avec une précision remarquable.

La découverte de l'énergie noire, à la fin des années 1990, a marqué une étape dans la cosmologie moderne. Deux équipes indépendantes d'astronomes, la Supernova Cosmology Project et la High-Z Supernova Search Team, ont étudié des supernovas de type la (thermonucléaire), qui sont des explosions stellaires utilisées comme des "chandelles standard". Ces supernovas ont une lueur intrinsèque connue, ce qui nous permet de calculer leur distance et la vitesse à laquelle elles s'éloignent de nous à cause de l'expansion de l'univers.

Les scientifiques s'attendaient à constater que l'expansion de l'univers ralentissait sous l'effet de la gravité, comme on le pensait à l'époque. Cependant, les résultats ont surpris la communauté scientifique. Les supernovae les plus éloignées étaient plus faibles que prévu, ce qui indique qu'elles étaient plus éloignées qu'elles ne devraient l'être si l'expansion ralentissait. Cela ne pouvait s'expliquer que si l'expansion de l'univers s'accélérait, sous l'effet d'une force inconnue.

Cette découverte a été confirmée par des études ultérieures, telles que celles réalisées par le télescope spatial Hubble. En 2011, les astronomes Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess, responsables des équipes qui ont mené ces recherches, ont reçu le prix Nobel de physique pour cette découverte révolutionnaire.

Même si les noms "énergie noire" et "matière noire" peuvent sembler similaires, ces concepts représentent des phénomènes très différents dans la cosmologie moderne. Les deux sont des composés essentiels de l'univers, mais ils ont tous des propriétés et des fonctions différentes.

La matière noire est une forme de matière qui n'émet pas, qui n'absorbe pas et qui ne reflète pas la lumière, raison pour laquelle elle ne peut pas être détectée avec des télescopes conventionnels. Elle est juste perçue grâce à ses effets gravitationnels sur la matière visible, comme les galaxies et les amas de galaxies. Elle agit comme un « échafaudage cosmique » qui maintient les galaxies et les structures à grande échelle ensemble. Sans elle, la gravité de la matière visible ne suffirait pas à maintenir ces structures ensemble face à l'expansion de l'univers.

De son côté, l'énergie noire n'est pas une forme de matière sinon que c'est une forme d'énergie hypothétique qui semble être associée avec le vide de l'espace. Sa principale caractéristique est qu'elle exerce une pression négative qui impulse l'accélération de l'expansion de l'univers. Elle représente autour de 68% de l'univers, ce qui en fait la composante dominante.

En ce qui concerne les différences entre les effets des deux sur l'Univers, on a :

• La matière noire agit comme une force d'attraction grâce à sa gravité. Elle contribue ainsi à la formation et au maintien des structures cosmiques, tandis que l'énergie noire a un effet répulsif et elle accélère l'expansion de l'espace.
• La matière noire interagit gravitationnellement avec la matière visible et avec elle-même, tandis que l'énergie noire n'interagit pas directement avec la matière visible. Son influence est détectée à grande échelle par l'expansion de l'univers.
• La matière noire est déduite de ses effets gravitationnels, tels que les courbes de rotation des galaxies et l'effet de lentille gravitationnelle, tandis que l'énergie noire est déduite de l'accélération cosmique, observable dans les supernovae lointaines, le fond diffus cosmologique et la structure à grande échelle de l'univers.

Dans l'article suivant, on vous propose de découvrir les différents types de corps célestes.

Si vous souhaitez lire plus d'articles semblables à Énergie noire ou énergie sombre : Définition et différence avec la matière noire, nous vous recommandons de consulter la catégorie Faits insolites sur la Terre et l'univers.