Expansion Accélérée

Pendant longtemps, les cosmologistes ont cru que l'expansion de l'Univers était décélérée. Or, à la fin des années 90, surprise: elle accélère! Un comportement que ne peut expliquer la seule présence de matières ordinaire (celle dont sont composés nos corps, les étoiles, etc) et noire (celle expliquant les mouvements des étoiles dans les galaxies, des galaxies dans les amas, etc). Cette accélération de l'expansion nécessite l'introduction d'une mystérieuse énergie sombre ou de choses plus exotiques encore.

Il y a entre autres trois possibilités qui se mélangent parfois les unes avec les autres: modifier le contenu matériel de l'Univers, modifier sa géométrie ou modifier la description de la gravitation. Quelles sont leurs significations?

La solution la plus simple consiste à introduire un nouveau type d'énergie dans l'Univers appelé énergie sombre. L'Univers décrit par la Relativité Générale voit alors son expansion accélérer si le rapport de la pression de l'énergie sombre sur sa densité est plus petit que -1/3. Dans ce cas, l'énergie sombre parvient à contrecarrer les effets des matières ordinaire et noire et à accélérer l'expansion de l'Univers. Lorsque ce rapport est compris entre -1 et -1/3, cette énergie est dite quintessente. Si elle est plus petite que -1, elle est dite fantôme! Dans ce cas, il est fort possible qu'un beau jour (dans quelques milliards d'années tout de même, pas de quoi s'affoler ...) l'accélération de l'expansion devienne infinie et disloque toute forme de matière. C'est ce que l'on appelle le Big Rip.

Certaines théories liées à la physique des particules prédisent que notre Univers à quatre dimensions (trois dimensions d'espace et une de temps) serait contenu dans un espace de dimension supérieure, par exemple avec une cinquième dimension spatiale. La gravitation serait capable de s'échapper dans la cinquième dimension tandis que les autres interactions (électromagnétique, faible et forte) et la matière seraient confinées dans notre Univers quadridimentionel. Pas de voyages possibles dans la cinquième dimension pour l'instant donc ... On dit alors que notre Univers serait une (mem)brane immergée dans un bulk. L'un des effets possibles du bulk (ce n'est pas le seul mais le plus simple) serait de courber la brane (notre Univers) comme si elle contenait une énergie sombre. Par conséquent l'expansion de l'Univers accélérait, donnant l'impression de la présence d'une énergie sombre alors qu'en fait une dimension supplémentaire, mais cachée à nos yeux, en serait responsable.

De même que la théorie de la gravitation de Newton n'est valide que pour de faibles champs de gravité (par exemple pour calculer la chute d'une pomme sur Terre!), la Relativité Générale doit elle aussi avoir des limites. Des corrections possibles sont entre autres dictées par les recherches en cosmologie quantique visant à unifier la Relativité décrivant l'infiniment grand à la mécanique quantique décrivant l'infiniment petit. Là encore certaines de ces corrections peuvent être équivalentes à la présence d'une énergie sombre.

Avant la découverte de l'accélération de l'expansion, la Relativité Générale avec de la matière ordinaire et sombre semblait parfaitement décrire notre Univers actuel. Depuis, des dizaines de théories (pour ne pas dire une infinité!) permettent de rendre compte de l'accélération de son expansion. Laquelle est la meilleure? C'est ce que les cosmologistes tentent de découvrir à l'aide de données toujours plus précises.