En étudiant un bien plus grand nombre des supernovae qui avaient permis de découvrir l’accélération surprenante du cosmos observable, les astrophysiciens ont précisé la forme générale de l’équation derrière une possible énergie noire causant cette accélération. Il n’y a encore aucune certitude mais les nouvelles mesures permettent bien d’imaginer une énergie noire variable, causant éventuellement dans le futur un Big Crunch, bien qu’une très grande prudence s’impose encore sur ces deux derniers points qui sont loin d’être démontrés.
Einstein nous a appris que l’énergie courbe l’espace-temps, lequel peut en réponse devenir dynamique de sorte que l’espace peut se retrouver en expansion ou en contraction, comme le montrent les calculs avec les équations de la théorie de la relativité générale. La pression P est équivalente à une densité d’énergie ρ et c’est pourquoi un terme de pression dans ces équations peut engendrer là aussi une expansion ou une contraction.
Il existe une équation reliant la pression et la densité d’énergie du cosmos observable, densité d’énergie qui peut résulter de la présence de matière ordinaire ou de matière noire et bien sûr les deux, et d’une autre composante comme la fameuse constante cosmologique d’Einstein. On parle d’une équation d’état et elle s’écrit avec un paramètre w tel que P = wρ.
Une accélération de l’expansion qui n’est pas causée par l’énergie noire ?
Nous savons aussi depuis la fin des années 1990 que l’expansion du cosmos observable s’accélère depuis environ 5 milliards d’années. Un prix Nobel a été décerné aux découvreurs de cette accélération tel Saul Perlmutter. Il faut rappeler que ce prix récompense la découverte de l’accélération et pas celle de ce qui pourrait la causer, à savoir généralement, mais pas obligatoirement comme le pense Thomas Buchert et qui fait débat, ce que l’on appelle l’énergie noire dont il existe plusieurs interprétations possibles. Et justement, selon les interprétations, w n’a pas la même valeur.
On pourrait imaginer une énergie noire qui évolue dans le temps et qui au lieu d’accélérer l’expansion pour l’éternité, conduisant les galaxies à devenir si éloignées les unes des autres qu’un observateur dans l’une d’entre elles ne pourra plus les voir, finira par avoir un comportement inverse et changera l’expansion en contraction, peut-être pour produire finalement un nouveau Big Bang après un Big Crunch.
On comprend bien qu’il est du plus haut intérêt pour connaître le destin de l’Univers et donc le nôtre, nous qui sommes des poussières d’étoiles comme aimait à le dire le regretté Hubert Reeves, de déterminer la valeur du paramètre w. C’est pour tenter de le mesurer avec plus de précision qu’a été lancé il y a des années le programme d’observation appelé le Dark Energy Survey (DES).
C’est une collaboration internationale comprenant plus de 400 astrophysiciens, astronomes et cosmologues de plus de 25 institutions dirigées par des membres du Fermi National Accelerator Laboratory du département américain de l’Énergie. Comme l’explique un communiqué du Fermilab, le DES a cartographié une zone représentant près d’un huitième du ciel entier à l’aide de la Dark Energy Camera, un appareil photo numérique de 570 mégapixels monté sur le télescope Víctor M. Blanco de l’observatoire interaméricain Cerro Tololo. Les scientifiques du DES ont collecté des données pendant 758 nuits sur six ans jusqu’en 2019, après quoi il a fallu les utiliser.
Un Univers qui finira par un Big Crunch, un Big Rip ?
Le bilan des analyses a été publié dans The Astrophysical Journal – une version en accès libre de l’article existe sur arXiv – et il est commenté en ces termes par Tamara Davis, professeur à l’université du Queensland en Australie et co-organisatrice du DES dans le communiqué du Fermilab : « Je tremblais. C’était vraiment un moment excitant… w ne vaut pas exactement -1, mais en est suffisamment proche pour être cohérent avec -1. Un modèle plus complexe pourrait être nécessaire. L’énergie sombre pourrait en effet varier avec le temps. »