L’énergie sombre pourrait-elle évoluer… ou nos mesures sont-elles simplement imparfaites ?

L’énergie sombre fait partie de ces composantes cosmologiques que nous cherchons encore à comprendre. On ne peut pas l’observer directement, mais ses effets sur l’Univers sont bien connus : elle est notamment associée à l’accélération de l’expansion cosmique.

Ces derniers temps, des physiciens ont toutefois commencé à remettre en cause ce récit, en s’appuyant sur des résultats indiquant que l’expansion ne se déroule pas au rythme que nos équations prévoient. En d’autres termes, l’énergie sombre pourrait varier au cours du temps - un scénario qui bouleverserait notre compréhension de l’expansion de l’Univers et, plus largement, de la cosmologie.

DESI DR2, énergie sombre et désaccord avec le fond diffus cosmologique

Cette discussion a pris de l’ampleur après la publication par le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) de son deuxième lot de données, appelé DR2 dans le jargon de l’astronomie.

Plusieurs travaux antérieurs ont mis en évidence une divergence entre les nouvelles cartes de galaxies produites par DESI et le fond diffus cosmologique (souvent abrégé CMB), le rayonnement fossile issu des premières phases de l’Univers, vestige du Big Bang. Une explication avancée pour ce décalage est que l’énergie sombre « évoluerait » - en se renforçant ou en s’affaiblissant sur des milliards d’années.

Des « preuves extraordinaires »… et une source d’erreur très plausible

Le Dr Slava Turyshev, connu aussi comme l’un des défenseurs les plus en vue de la mission Solar Gravitational Lens, propose dans un nouvel article une autre lecture : et si les données étaient surtout brouillées par des imprécisions dans nos méthodes de mesure de certains marqueurs cosmologiques - en particulier les supernovae ?

Le Dr Turyshev appelle à la prudence : des affirmations extraordinaires exigent des preuves extraordinaires, et il existe au moins une source d’erreur évidente capable d’expliquer la tension entre DESI DR2 et le CMB.

Selon lui, si nos mesures des supernovae sont biaisées, ne serait-ce que de 0.02 magnitudes, cela pourrait suffire à rendre compte du désaccord.

Les supernovae servent couramment d’étalons pour mesurer des distances à l’échelle cosmologique. Il est donc essentiel d’en calibrer la luminosité avec une précision extrême afin d’obtenir des distances fiables. Or, comme beaucoup d’astrophysiciens, le Dr Turyshev doute que notre parc actuel de télescopes permette d’atteindre ce niveau d’exactitude de manière robuste.

L’« horizon sonore » : une règle cosmique… sensible aux incertitudes

Un autre point délicat concerne la « règle cosmique » utilisée dans ces analyses. Elle est connue sous le nom d’horizon sonore - une appellation qui ferait un excellent nom de groupe de métal. Cet horizon correspond à la distance qu’une surdensité de matière aurait parcourue en s’éloignant de son point de départ dans l’Univers primordial, à une vitesse très spécifique : la vitesse du son dans le plasma brûlant qui composait l’Univers jeune.

Les ondes associées à ce phénomène, appelées oscillations acoustiques des baryons, ont perduré environ 380,000 ans avant de s’arrêter lorsque l’Univers s’est suffisamment refroidi pour que les premiers atomes se forment, ce qui a en quelque sorte figé ces motifs dans la matière.

Cette distance sert ensuite d’étalon pour estimer l’éloignement d’objets répartis dans l’Univers. Mais comme il s’agit, là encore, d’une mesure, de faibles erreurs instrumentales lors de la détermination de cet étalon peuvent se propager et amplifier les incertitudes dans les résultats finaux.

Le test d’Alcock-Paczyński (AP) pour limiter les biais

Pour corriger ce problème potentiel, le Dr Turyshev propose de recourir à une astuce mathématique appelée test d’Alcock-Paczyński (AP). Plutôt que de s’appuyer sur l’horizon sonore, cette approche exploite une forme calculée de l’Univers qui ne dépend pas de mesures imprécises d’un repère spécifique situé dans l’histoire très ancienne du cosmos.

Et si l’énergie sombre fluctue malgré tout ?

Si, après ces vérifications, l’énergie sombre semble encore varier, le Dr Turyshev avance plusieurs pistes susceptibles d’expliquer ce comportement.

Il propose notamment un nouveau cadre, le modèle de Dégel interactif à transition tardive (LTIT). Ce modèle décrit une énergie sombre susceptible de « dégeler » après un certain délai suivant le début de l’Univers, puis de commencer progressivement à interagir de plus en plus - interaction qui se manifesterait par l’expansion cosmique telle que nous l’observons.

Une autre interprétation possible est le franchissement fantôme, où l’énergie sombre pourrait devenir extrêmement dominante à un moment donné, basculant vers ce que l’on appelle une énergie fantôme.

Mais, si une telle hypothèse se confirme, avertit le Dr Turyshev, il faudrait alors une toute nouvelle physique pour l’expliquer, car cela ne s’accorde pas du tout avec le modèle standard.

Davantage de données arrivent, et certaines sont déjà disponibles

Quoi qu’il en soit, les preuves s’accumulent encore autour de l’énergie sombre et de ses nombreux mystères. Bonne nouvelle : de nouvelles données sont attendues, et une partie est déjà accessible.

Euclid, une autre sonde cosmologique, a récemment publié son premier jeu de données, et les astrophysiciens l’analysent déjà en détail dans l’espoir d’éclairer davantage cette force obscure à l’œuvre dans l’Univers.

De nouvelles découvertes devraient encore émerger, d’autant que DESI continue de collecter activement des observations pour sa troisième publication de données, qui rassemblera les résultats des 3 ans initiaux de l’étude principale - avec, espérons-le, une sortie plus tard dans l’année.

Ces travaux sont disponibles sous forme de prépublication sur arXiv.

Cet article a été publié à l’origine par L’Univers aujourd’hui. Lisez l’article d’origine.