Les scientifiques pourraient se tromper à propos de l’énergie noire. Mais ils ont raison à propos de la gravité, suggère une nouvelle étude.
L’énergie noire, le phénomène mystérieux qui accélère l’expansion du cosmos, est largement considérée comme ayant eu une densité constante tout au long de l’histoire de l’univers. Mais l'énergie sombre pourrait plutôt être en déclin, rapportent les chercheurs de la collaboration Dark Energy Spectroscopique Instrument, ou DESI, le 19 novembre, dans un lot d'articles publiés sur le site Web du projet et sur arXiv.org.
Cette découverte réaffirme un rapport d'avril de la même équipe qui était parvenue à une conclusion similaire (SN : 4/4/24). Simultanément, la nouvelle analyse – un examen plus approfondi des mêmes données utilisées dans le rapport précédent – confirme que les données DESI sont en accord avec la relativité générale, la théorie de la gravité d'Albert Einstein, sans aucune preuve de théories alternatives de « gravité modifiée ».
DESI réalise une carte 3D des galaxies du cosmos. L'analyse précédente du projet s'est concentrée uniquement sur un type d'informations glanées à partir de cette carte : les oscillations acoustiques des baryons, des ondes sonores dans l'univers primitif qui ont laissé des empreintes sur le cosmos qui sont visibles aujourd'hui (SN : 04/03/19).
La nouvelle analyse ajoute des informations sur la façon dont les galaxies et autres structures évoluent au cours de l’histoire cosmique. « C'est la première fois que nous sommes sensibles à la façon dont la structure se développe avec le temps », explique le cosmologue Dragan Huterer de l'Université du Michigan à Ann Arbor. « C'est important car il est bien connu que la croissance d'une structure est très sensible à l'énergie noire et à la gravité modifiée. »
Dans les deux analyses, les chercheurs ont trouvé des signes d'une variation de l'équation d'état de l'énergie noire, la relation entre sa pression et sa densité au fil du temps. « Nous aboutissons à la même conclusion, et c'est… tout à fait rassurant », déclare la cosmologue Pauline Zarrouk du CNRS et du Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies à Paris. Parce que les deux analyses reposent sur les mêmes données, « si on ne voyait pas la même chose [conclusion]ce serait vraiment un problème. (Dans les deux cas, l’équipe a combiné les données de DESI avec d’autres données cosmologiques, notamment des données sur le fond diffus cosmologique, la lumière la plus ancienne de l’univers.)
Avec le premier résultat, les chercheurs du DESI ont tendu le cou, explique le physicien Daniel Scolnic de l'Université Duke. « Ils ne reculent pas devant cela. Bien souvent, lorsqu'il y a un résultat important en cosmologie, on a l'impression qu'un mois plus tard… c'est parti. Mais avec DESI, « ils ont toujours la tête dehors. Je respecte vraiment cela et j’apprécie cela.
S’il était confirmé que l’énergie noire varie, cela provoquerait un choc dans la cosmologie, renversant la théorie acceptée par les scientifiques, le modèle cosmologique standard. Cette théorie a été extrêmement efficace pour décrire le cosmos, mais elle inclut des composants mal compris, comme l'énergie noire et la source de masse également non identifiée appelée matière noire (SN : 26/08/24).
Dans une tentative d’explication plus satisfaisante du cosmos, certains scientifiques peaufinent la relativité générale, qui décrit la gravité comme le résultat d’une déformation de la masse de l’espace-temps. Les théories de la gravité modifiées pourraient potentiellement supprimer le besoin de matière noire ou d’énergie noire (SN : 05/07/24). Mais la formation de structure observée par DESI était cohérente avec celle prédite par la relativité générale. Et il n’existe aucune preuve d’une gravité modifiée, même si ces théories ne sont pas totalement exclues.
Dans la nouvelle étude, une énigme persiste concernant les masses de neutrinos, particules subatomiques légères qui sont abondantes dans le cosmos. Comme la première analyse du DESI, les nouveaux résultats indiquent que la somme des masses des trois types de neutrinos est plus petite que prévu, du moins selon certains témoignages (SN : 20/09/24). Cela pourrait laisser entendre que les cosmologistes ont mal compris quelque chose sur la nature du cosmos ou sur les neutrinos eux-mêmes.
En 2025, la collaboration DESI prévoit de publier des résultats basés sur les données des trois premières années du projet. Ce sera un véritable test de la robustesse des résultats, notamment si l’énergie noire évolue effectivement avec le temps.
Scolnic considère le modèle cosmologique standard comme un feu de joie. Alors que les scientifiques prenaient plaisir à s'asseoir autour de la lueur chaude, avec les résultats du DESI, des étincelles ont commencé à voler. « C'est à ce moment-là que vous dites à tout le monde : « Prenons juste du recul par rapport au feu de joie, juste pour être en sécurité. … Nous ne jetons pas d'eau sur tout cela, mais nous prenons juste un pas en arrière.'»
