Astronomie

De quoi est faite l'énergie noire ?

De quoi est faite l'énergie noire ?



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Quels sont les constituants fondamentaux de l'énergie noire ?

Pouvons-nous quantifier l'énergie noire en premier lieu, si c'est une sorte d'énergie ?


Je l'ai de bonne autorité que :

… personne ayant une expertise sur le sujet n'a la moindre idée de ce qu'est l'énergie noire…

Ceci est confirmé au début de l'énergie sombre de Wikipédia qui dit :

En cosmologie physique et en astronomie, l'énergie noire est une forme d'énergie inconnue qui affecte l'univers aux plus grandes échelles.

et

La densité de l'énergie noire est très faible (~7×10−30 g/cm3), beaucoup moins que la densité de matière ordinaire ou de matière noire au sein des galaxies. Cependant, il domine la masse-énergie de l'univers car il est uniforme dans l'espace.

Alors que la matière noire est au moins " grumeleuse " en ce sens que sa localisation près de taches de matière " normale " comme les galaxies peut être démontrée en cartographiant les mouvements des étoiles répondant à ses effets gravitationnels et il existe une base théorique pour les particules qui interagissent si faiblement avec " matière normale" que la matière noire pourrait être presque mais pas tout à fait indétectable, l'énergie noire d'autre part n'est guère plus que le nom donné à ce qui provoque une accélération observée à de très très grandes échelles de distance :

La première preuve observationnelle de son existence est venue de mesures de supernovae, qui ont montré que l'univers ne s'étend pas à un taux constant ; au contraire, l'expansion de l'univers s'accélère.

et

Sans introduire une nouvelle forme d'énergie, il n'y avait aucun moyen d'expliquer comment un univers en accélération pouvait être mesuré. Depuis les années 1990, l'énergie noire est la prémisse la plus acceptée pour expliquer l'expansion accélérée. À partir de 2020, il existe des domaines actifs de recherche en cosmologie visant à comprendre la nature fondamentale de l'énergie noire.

Il peut certainement y avoir une variété de discussions théoriques sur la façon dont cela pourrait être expliqué, mais à votre question

De quoi est faite l'énergie noire ?

La réponse est toujours :

… personne ayant une expertise sur le sujet n'a la moindre idée de ce qu'est l'énergie noire…


Les trous noirs sont-ils faits d'énergie sombre

Deux chercheurs de l'Université d'Hawaï à Manoa ont identifié et corrigé une erreur subtile qui a été commise lors de l'application des équations d'Einstein pour modéliser la croissance de l'univers.

Les physiciens supposent généralement qu'un système cosmologiquement grand, tel que l'univers, est insensible aux détails des petits systèmes qu'il contient. Kevin Croker, chercheur postdoctoral au Département de physique et d'astronomie, et Joel Weiner, membre du corps professoral du Département de mathématiques, ont montré que cette hypothèse peut échouer pour les objets compacts qui restent après l'effondrement et l'explosion de très grosses étoiles. .

"Pendant 80 ans, nous avons généralement fonctionné en supposant que l'univers, dans les grandes lignes, n'était pas affecté par les détails particuliers d'une petite région", a déclaré Croker. « Il est maintenant clair que la relativité générale peut relier de manière observable des étoiles effondrées - des régions de la taille d'Honolulu - au comportement de l'univers dans son ensemble, plus de mille milliards de milliards de fois plus grand.

Croker et Weiner ont démontré que le taux de croissance de l'univers peut devenir sensible à la contribution moyenne de tels objets compacts. De même, les objets eux-mêmes peuvent devenir liés à la croissance de l'univers, gagnant ou perdant de l'énergie en fonction de la composition des objets. Ce résultat est significatif car il révèle des connexions inattendues entre la physique cosmologique et la physique des objets compacts, ce qui à son tour conduit à de nombreuses nouvelles prédictions observationnelles.

Une conséquence de cette étude est que le taux de croissance de l'univers fournit des informations sur ce qui arrive aux étoiles à la fin de leur vie. Les astronomes supposent généralement que les grandes étoiles forment des trous noirs lorsqu'elles meurent, mais ce n'est pas le seul résultat possible. En 1966, Erast Gliner, un jeune physicien de l'Institut physico-technique Ioffe de Leningrad, a proposé une hypothèse alternative selon laquelle les très grosses étoiles devraient s'effondrer en ce que l'on pourrait maintenant appeler les objets génériques de l'énergie noire (GEODE). Ceux-ci semblent être des trous noirs vus de l'extérieur mais, contrairement aux trous noirs, ils contiennent de l'énergie noire au lieu d'une singularité.

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En 1998, deux équipes indépendantes d'astronomes ont découvert que l'expansion de l'Univers s'accélère, ce qui correspond à la présence d'une contribution uniforme d'énergie noire. Cependant, il n'a pas été reconnu que les GEODE pouvaient contribuer de cette manière. Avec le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont montré que si une fraction des étoiles les plus anciennes s'effondrait en GEODE, au lieu de trous noirs, leur contribution moyenne aujourd'hui produirait naturellement l'énergie sombre uniforme requise.

Les résultats de cette étude s'appliquent également aux systèmes d'étoiles doubles en collision observables à travers les ondes gravitationnelles par la collaboration LIGO-Virgo. En 2016, LIGO a annoncé la première observation de ce qui semblait être un système de double trou noir en collision. De tels systèmes étaient censés exister, mais la paire d'objets était étonnamment lourde - environ 5 fois plus grande que les masses de trous noirs prédites dans les simulations informatiques. En utilisant le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont examiné si LIGO-Virgo observe des collisions doubles GEODE, au lieu de collisions doubles trous noirs. Ils ont découvert que les GEODE grandissent avec l'univers pendant la période précédant de telles collisions. Lorsque les collisions se produisent, les masses GEODE résultantes deviennent 4 à 8 fois plus grandes, en accord grossier avec les observations LIGO-Virgo.

Croker et Weiner ont pris soin de séparer leur résultat théorique du support d'observation d'un scénario GEODE, soulignant que « les trous noirs ne sont certainement pas morts ». Ce que nous avons montré, c'est que si les GEODE existent, alors ils peuvent facilement donner lieu à des phénomènes observés qui manquent actuellement d'explications convaincantes. Nous anticipons de nombreuses autres conséquences observationnelles d'un scénario GEODE, y compris de nombreuses façons de l'exclure. Nous avons à peine commencé à gratter la surface.

L'étude, Implications of Symetry and Pressure in Friedmann Cosmology: I. Formalism, est publiée dans le numéro du 28 août 2019 de The Journal d'astrophysique et est disponible en ligne.

Fourni par: Université d'Hawaï à Manoa

Plus d'information: K.S. Croker et al. Implications de la symétrie et de la pression dans la cosmologie de Friedmann. I. Formalisme. Le Journal d'Astrophysique (2019). DOI : 10.3847/1538-4357/ab32da

Image: Des objets comme Powehi, l'objet compact supermassif récemment imagé au centre de la galaxie M87, pourraient en fait être des GEODE. Le Powehi GEODE, représenté à l'échelle, représenterait environ 2/3 du rayon de la région sombre imagée par le télescope Event Horizon. C'est presque la même taille attendue pour un trou noir. La région contenant l'énergie noire (vert) est légèrement plus grande qu'un trou noir de même masse. Les propriétés de toute croûte (violette), si elle est présente, dépendent du modèle GEODE particulier.
Crédit: Collaboration EHT NASA/CXC/Université Villanova


De quoi est faite l'énergie noire ? Quintessence? constante cosmologique ?

C'est l'un des plus grands mystères de la science. Il constitue la majorité de l'univers. Qu'est-ce que l'énergie noire ? De quoi est faite l'énergie noire ? Qu'est-ce que la quintessence ? L'énergie noire est-elle la constante cosmologique ? L'énergie noire existe-t-elle vraiment ?

La plupart des scientifiques pensaient que le taux d'expansion devait ralentir avec le temps, à cause de la gravité qui rassemblait la matière. Une sorte de technique de mesure était nécessaire pour établir une luminosité standard. C'est ce qu'on appelle une bougie standard.

Deux groupes d'astronomes (Saul Perlmutter et Adam Riess, et Brian Schmidt) ont trouvé un moyen de mesurer les vraies distances et les décalages vers le rouge de galaxies très éloignées en essayant de trouver les récentes explosions de supernova - appelées supernovae de type 1A. Ceux-ci fournissent une bougie standard car toutes les supernovae de type 1A explosent avec à peu près la même luminosité. Et en mesurant le décalage vers le rouge de la lumière, ils ont pu déterminer combien d'espace s'était agrandi. Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'univers s'accélérait.

L'énergie qui alimente l'expansion accélérée de l'univers est appelée « énergie noire ». Alors qu'est-ce qui pourrait en être la cause ?

Premièrement, cette énergie pourrait être une propriété de l'espace lui-même, la constante cosmologique. Lambda peut être considérée comme la densité d'énergie du vide de l'espace. Elle provient d'une annulation non parfaite des fluctuations quantiques.

Selon le principe d'incertitude de Heisenberg, les champs quantiques d'où proviennent toutes les particules ne peuvent pas rester immobiles. Des particules entrent et disparaissent, provoquant des fluctuations ou une pression dans le vide. Mais lorsque vous utilisez les équations connues de la mécanique quantique, l'énergie théorique est près de 120 ordres de grandeur plus élevée que ce qui est réellement mesuré.

Un autre mécanisme est appelé Quintessence. C'est un champ d'énergie qui imprègne tout l'univers. Et c'est repoussant. Ce serait une énergie noire dynamique. Cela peut changer d'un endroit à l'autre et dans le temps. La quintessence, si elle est vraie, peut être mesurée, car les différences d'énergie noire dans différentes parties de l'espace seraient mesurables.

Il y a cependant un problème de réglage fin, qui s'appelle le scandale des coïncidences. Les deux densités sont presque les mêmes mais dans le passé elles étaient différentes. Pourquoi vivons-nous à un moment où la différence n'est que d'environ 2,3 ?

Si nous croyons que le modèle d'énergie noire s'explique par les fluctuations du vide, alors il y a quelque chose de très spécial maintenant. Et c'est une énorme coïncidence. Mais si vous croyez que la quintessence est vraie, alors ce n'est pas une coïncidence.

Les excitations du champ de quintessence se manifesteraient sous la forme d'une particule, probablement un boson, mais contrairement à tout autre boson, il aurait une énergie négative. Cela signifierait que des particules plus légères pourraient se désintégrer en particules plus lourdes en émettant des particules de quintessence avec une énergie négative. Cela n'a jamais été vu. Les modèles qui correspondent aux données actuelles indiquent que l'énergie noire n'est pas dynamique, mais reste constante.

L'énergie noire pourrait-elle être des photons ou des rayonnements ? Non, car la densité d'énergie du rayonnement et des photons change à mesure que l'espace s'étend. L'énergie noire reste cependant la même. Pourquoi est-ce que si la densité ne diminue pas, cela fait accélérer l'univers ?

Parce que cela signifie que chaque centimètre cube d'espace se dilate à un rythme constant. Donc sur de très grandes distances, l'effet cumulé est une accélération de l'univers.


Les pangolins font l'objet d'un trafic jusqu'à l'extinction sur le marché noir

La médecine traditionnelle chinoise et la culture vietnamienne conduisent le pangolin à l'extinction.

  • Les pangolins sont l'une des espèces les plus intéressantes et les plus attachantes, mais ils sont chassés et trafiqués jusqu'à la quasi-extinction.
  • le Pharmacopée chinoise est un énorme livre de médecine chinoise autorisée et sert de livre de recettes pour la « médecine traditionnelle chinoise ».
  • Les pangolins, les léopards et les ours figurent tous dans le livre. La fausse idée que ces animaux ont une valeur médicinale est à l'origine d'un marché noir de plusieurs milliards de dollars.

En 2020, les pangolins ont fait l'actualité car ils ont été accusés d'être l'un des candidats possibles pour donner au monde COVID. Ils ont ensuite été disculpés, mais le mal était quand même fait. Il existe huit espèces de pangolin, réparties dans de nombreux pays et continents et allant de vulnérables à en danger critique d'extinction, mais elles ont toutes été injustement ternies comme le début d'une pandémie mondiale.

Les pangolins sont populaires dans le monde entier pour leur charme. Ils avancent en vacillant, un peu comme un petit bambin, traînant de festin en festin. Il a été souligné qu'ils apparaissent comme dans un état constant d'anticipation nerveuse. Ce n'est peut-être pas sans raison. Les pangolins sont l'animal le plus trafiqué au monde, et le marché du pangolin vaut des milliards pour les commerçants noirs. On estime qu'ils représentent 20 pour cent de tout le commerce illégal d'animaux.


Que sont la « matière noire » et « l'énergie noire » ?

Le contenu de l'Univers est généralement composé de trois types de substances : la matière normale, la matière noire et l'énergie noire.

La matière normale se compose des atomes qui composent les étoiles, les planètes, les êtres humains et tous les autres objets visibles de l'Univers. Aussi humble que cela puisse paraître, la matière normale représente presque certainement la plus petite proportion de l'Univers, quelque part entre 1% et 10%.

Plus les astronomes observaient l'Univers, plus ils devaient trouver de matière pour tout expliquer. Cependant, cette matière ne pourrait pas être constituée d'atomes normaux, sinon il y aurait plus d'étoiles et de galaxies à voir. Au lieu de cela, ils ont inventé le terme «matière noire» pour cette substance particulière précisément parce qu'elle échappe à notre détection.

Dans le même temps, les physiciens essayant d'approfondir la compréhension des forces de la nature commençaient à croire que de nouvelles particules de matière exotiques devaient être abondantes dans l'Univers.

Celles-ci n'interagiraient presque jamais avec la matière normale et beaucoup pensent maintenant que ces particules sont la matière noire. À l'heure actuelle, même si de nombreuses expériences sont en cours pour détecter des particules de matière noire, aucune n'a abouti. Néanmoins, les astronomes pensent toujours qu'entre 30% et 99% de l'Univers peut être constitué de matière noire.

L'énergie noire est le dernier ajout au contenu de l'Univers. À l'origine, Albert Einstein a introduit l'idée d'une «énergie cosmique» omniprésente avant de savoir que l'Univers est en expansion. L'Univers en expansion n'avait pas besoin d'une "constante cosmologique" comme Einstein avait appelé son énergie.

Cependant, dans les années 1990, les observations d'étoiles en explosion dans l'Univers lointain ont suggéré que l'Univers n'était pas seulement en expansion, mais qu'il s'accélérait également. La seule façon d'expliquer cela était de réintroduire l'énergie cosmique d'Einstein sous une forme légèrement modifiée, appelée « énergie noire ». Personne ne sait ce que pourrait être l'énergie noire.

Dans le « modèle de concordance » actuellement populaire de l'Univers, 70 % du cosmos serait constitué d'énergie noire, 25 % de matière noire et 5 % de matière normale.


Les trous noirs sont-ils faits d'énergie noire ?

Deux chercheurs de l'Université d'Hawaï à Manoa ont identifié et corrigé une erreur subtile qui a été commise lors de l'application des équations d'Einstein pour modéliser la croissance de l'univers.

Les physiciens supposent généralement qu'un système cosmologiquement grand, tel que l'univers, est insensible aux détails des petits systèmes qu'il contient. Kevin Croker, chercheur postdoctoral au Département de physique et d'astronomie, et Joel Weiner, membre du corps professoral du Département de mathématiques, ont montré que cette hypothèse peut échouer pour les objets compacts qui restent après l'effondrement et l'explosion de très grosses étoiles. .

"Pendant 80 ans, nous avons généralement fonctionné en supposant que l'univers, dans les grandes lignes, n'était pas affecté par les détails particuliers d'une petite région", a déclaré Croker. "Il est maintenant clair que la relativité générale peut connecter de manière observable des étoiles effondrées - des régions de la taille d'Honolulu - au comportement de l'univers dans son ensemble, plus de mille milliards de milliards de fois plus gros."

Croker et Weiner ont démontré que le taux de croissance de l'univers peut devenir sensible à la contribution moyenne de tels objets compacts. De même, les objets eux-mêmes peuvent devenir liés à la croissance de l'univers, gagnant ou perdant de l'énergie selon la composition des objets. Ce résultat est significatif car il révèle des connexions inattendues entre la physique cosmologique et la physique des objets compacts, ce qui à son tour conduit à de nombreuses nouvelles prédictions observationnelles.

Une conséquence de cette étude est que le taux de croissance de l'univers fournit des informations sur ce qui arrive aux étoiles à la fin de leur vie. Les astronomes supposent généralement que les grandes étoiles forment des trous noirs lorsqu'elles meurent, mais ce n'est pas le seul résultat possible. En 1966, Erast Gliner, un jeune physicien de l'Institut physico-technique Ioffe de Leningrad, a proposé une hypothèse alternative selon laquelle les très grosses étoiles devraient s'effondrer en ce que l'on pourrait maintenant appeler les objets génériques de l'énergie noire (GEODE). Ceux-ci semblent être des trous noirs vus de l'extérieur mais, contrairement aux trous noirs, ils contiennent de l'énergie noire au lieu d'une singularité.

En 1998, deux équipes indépendantes d'astronomes ont découvert que l'expansion de l'Univers s'accélère, ce qui correspond à la présence d'une contribution uniforme d'énergie noire. Cependant, il n'a pas été reconnu que les GEODE pouvaient contribuer de cette manière. Avec le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont montré que si une fraction des étoiles les plus anciennes s'effondrait en GEODE, au lieu de trous noirs, leur contribution moyenne aujourd'hui produirait naturellement l'énergie sombre uniforme requise.

Les résultats de cette étude s'appliquent également aux systèmes d'étoiles doubles en collision observables à travers les ondes gravitationnelles par la collaboration LIGO-Virgo. En 2016, LIGO a annoncé la première observation de ce qui semblait être un système de double trou noir en collision. De tels systèmes devaient exister, mais la paire d'objets était étonnamment lourde - environ 5 fois plus grande que les masses de trous noirs prédites dans les simulations informatiques. En utilisant le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont examiné si LIGO-Virgo observe des collisions doubles GEODE, au lieu de collisions doubles trous noirs. Ils ont découvert que les GEODE grandissent avec l'univers pendant la période précédant de telles collisions. Lorsque les collisions se produisent, les masses GEODE résultantes deviennent 4 à 8 fois plus grandes, en accord grossier avec les observations LIGO-Virgo.

Croker et Weiner ont pris soin de séparer leur résultat théorique du support observationnel d'un scénario GEODE, soulignant que "les trous noirs ne sont certainement pas morts. Ce que nous avons montré, c'est que si les GEODE existent, alors ils peuvent facilement donner lieu à des phénomènes observés qui manque actuellement d'explications convaincantes. Nous anticipons de nombreuses autres conséquences d'observation d'un scénario GEODE, y compris de nombreuses façons de l'exclure. Nous avons à peine commencé à gratter la surface. "


À la recherche d'étoiles explosives

Les deux équipes examinaient une classe d'étoiles explosives connues sous le nom de supernovae de type Ia. Ces étoiles sont des naines blanches &mdash les noyaux chauds, denses et morts d'étoiles qui étaient autrefois similaires au Soleil &mdash avec des compagnons stellaires proches. La naine blanche « vole » du gaz chaud à son compagnon. Le gaz s'accumule, formant une couche super chaude au sommet de la naine blanche. Lorsque le gaz pousse l'étoile au-delà d'une masse critique, il déclenche une explosion nucléaire qui fait exploser l'étoile en morceaux. Pendant un certain temps, la supernova peut éclipser une galaxie entière d'étoiles normales, il est donc facile de voir ces étoiles exploser même dans des galaxies lointaines.

La capacité de voir les supernovae de type Ia loin à travers l'univers en fait de bonnes "bougies standard" et un moyen de mesurer les distances par rapport à d'autres galaxies.

Toutes les supernovae de type Ia s'éclaircissent et s'estompent de manière prévisible. Mesurer le temps qu'il faut à une supernova pour s'éclaircir puis s'estomper révèle sa véritable luminosité. En comparant la véritable luminosité d'une étoile à sa luminosité dans notre ciel, les astronomes peuvent trouver sa distance.

Une étape de plus complète le tableau. Les astronomes mesurent à quelle vitesse l'étoile s'éloigne de la Terre en mesurant son décalage vers le rouge et un étirement de ses ondes lumineuses par l'expansion de l'univers lui-même.

Les images du télescope spatial Hubble montrent des supernovae (flèches) dans trois galaxies lointaines. [P. Garnavich (CfA)/Équipe de recherche de supernova High-z/NASA]


Quintessence

La quintessence est une idée – hypothèse – de ce qu'est l'énergie noire (rappelez-vous que l'énergie noire est l'expression abrégée de l'accélération apparente de l'expansion de l'univers… ou la forme d'énergie-masse qui provoque cette accélération observée, dans les modèles cosmologiques construits avec la théorie de la relativité générale d'Einstein).

Le mot quintessence signifie cinquième essence, et est plutôt mignon… vous vous souvenez de la Terre, de l'Eau, du Feu et de l'Air, les « quatre essences » des Grecs anciens ? Eh bien, dans la cosmologie moderne, il y a aussi quatre essences : la matière normale, le rayonnement (photons), la matière noire froide et les neutrinos (qui sont de la matière noire chaude !).

La quintessence couvre une gamme d'hypothèses (ou de modèles) la principale différence entre la quintessence en tant qu'explication (possible) de l'énergie noire et la constante cosmologique & Lambda (qui remonte à Einstein et aux premières années du 20e siècle) est que la quintessence varie avec le temps (bien que lentement), et peut également varier avec l'emplacement (espace). Une version de la quintessence est l'énergie fantôme, dans laquelle la densité d'énergie augmente avec le temps et conduit à une fin Big Rip de l'univers.

La quintessence, en tant que champ scalaire, n'est pas du tout inhabituelle en physique (le champ potentiel gravitationnel newtonien est un exemple, d'un champ scalaire réel le champ de Higgs du modèle standard de la physique des particules est un exemple d'un champ scalaire complexe) cependant , elle a quelques difficultés en commun avec la constante cosmologique (en un mot, comment peut-elle être si petite).

La quintessence peut-elle être observée ou, plutôt, peut-on distinguer la quintessence d'une constante cosmologique ? En astronomie, oui… en trouvant un moyen d'observer (et de mesurer) l'accélération de l'univers à des moments très différents (quintessence et &Lambda prédisent des résultats différents). Une autre façon pourrait être d'observer des variations dans les constantes fondamentales (par exemple la constante de structure fine) ou des violations du principe d'équivalence d'Einstein.

Un projet cherchant à mesurer l'accélération de l'univers avec plus de précision était ESSENCE (“Equation of State : SupErNovae trace Cosmic Expansion”).

En 1999, le Courrier CERN a publié un joli résumé de la cosmologie telle qu'elle était alors comprise, un an après la découverte de l'énergie noire La quintessence de la cosmologie (cela vaut la peine d'être lu, même si beaucoup de choses se sont passées au cours de la dernière décennie).

Les épisodes d'Astronomy Cast pertinents pour la quintessence incluent Dans quoi l'univers s'étend-il ?


ÉTUDE UH : Les trous noirs sont-ils faits d'énergie sombre ?

Des objets comme Powehi, l'objet compact supermassif récemment imagé au centre de la galaxie M87, pourraient en fait être des GEODE. Le Powehi GEODE, représenté à l'échelle, représenterait environ 2/3 du rayon de la région sombre imagée par le télescope Event Horizon sur Maunakea. C'est presque la même taille attendue pour un trou noir. La région contenant l'énergie noire (vert) est légèrement plus grande qu'un trou noir de même masse. Les propriétés de toute croûte (violette), si elle est présente, dépendent du modèle GEODE particulier. PC : collaboration EHT NASA/CXC/Université de Villanova

Deux chercheurs de l'Université d'Hawaï à Mānoa ont identifié et corrigé une erreur subtile qui a été commise lors de l'application des équations d'Einstein pour modéliser la croissance de l'univers.

Les physiciens supposent généralement qu'un système cosmologiquement grand, tel que l'univers, est insensible aux détails des petits systèmes qu'il contient. Kevin Croker, chercheur postdoctoral au Département de physique et d'astronomie, et Joel Weiner, membre du corps professoral du Département de mathématiques, ont montré que cette hypothèse peut échouer pour les objets compacts qui restent après l'effondrement et l'explosion de très grosses étoiles. .

"Pendant 80 ans, nous avons généralement fonctionné en supposant que l'univers, dans les grandes lignes, n'était pas affecté par les détails particuliers d'une petite région", a déclaré Croker. "Il est maintenant clair que la relativité générale peut connecter de manière observable des étoiles effondrées - des régions de la taille d'Honolulu - au comportement de l'univers dans son ensemble, plus de mille milliards de milliards de fois plus gros."

Croker et Weiner ont démontré que le taux de croissance de l'univers peut devenir sensible à la contribution moyenne de tels objets compacts. De même, les objets eux-mêmes peuvent devenir liés à la croissance de l'univers, gagnant ou perdant de l'énergie en fonction de la composition des objets. Ce résultat est significatif car il révèle des connexions inattendues entre la physique cosmologique et la physique des objets compacts, ce qui à son tour conduit à de nombreuses nouvelles prédictions observationnelles.

Une conséquence de cette étude est que le taux de croissance de l'univers fournit des informations sur ce qui arrive aux étoiles à la fin de leur vie. Les astronomes supposent généralement que les grandes étoiles forment des trous noirs lorsqu'elles meurent, mais ce n'est pas le seul résultat possible. En 1966, Erast Gliner, un jeune physicien de l'Institut physico-technique Ioffe de Leningrad, a proposé une hypothèse alternative selon laquelle les très grosses étoiles devraient s'effondrer en ce que l'on pourrait maintenant appeler les objets génériques de l'énergie noire (GEODE). Ceux-ci semblent être des trous noirs vus de l'extérieur mais, contrairement aux trous noirs, ils contiennent de l'énergie noire au lieu d'une singularité.

En 1998, deux équipes indépendantes d'astronomes ont découvert que l'expansion de l'Univers s'accélère, ce qui correspond à la présence d'une contribution uniforme d'énergie noire. Cependant, il n'a pas été reconnu que les GEODE pouvaient contribuer de cette manière. Avec le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont montré que si une fraction des étoiles les plus anciennes s'effondrait en GEODE, au lieu de trous noirs, leur contribution moyenne aujourd'hui produirait naturellement l'énergie sombre uniforme requise.

Les résultats de cette étude s'appliquent également aux systèmes d'étoiles doubles en collision observables à travers les ondes gravitationnelles par la collaboration LIGO-Virgo. En 2016, LIGO a annoncé la première observation de ce qui semblait être un système de double trou noir en collision. De tels systèmes étaient censés exister, mais la paire d'objets était étonnamment lourde - environ 5 fois plus grande que les masses de trous noirs prédites dans les simulations informatiques. En utilisant le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont examiné si LIGO-Virgo observe des collisions doubles GEODE, au lieu de collisions doubles trous noirs. Ils ont découvert que les GEODE grandissent avec l'univers pendant la période précédant de telles collisions. Lorsque les collisions se produisent, les masses GEODE résultantes deviennent 4 à 8 fois plus grandes, en accord grossier avec les observations LIGO-Virgo.

Croker et Weiner ont pris soin de séparer leur résultat théorique du support observationnel d'un scénario GEODE, soulignant que « les trous noirs ne sont certainement pas morts. Ce que nous avons montré, c'est que si les GEODE existent, alors ils peuvent facilement donner lieu à des phénomènes observés qui manquent actuellement d'explications convaincantes. Nous anticipons de nombreuses autres conséquences observationnelles d'un scénario GEODE, y compris de nombreuses façons de l'exclure. Nous avons à peine commencé à gratter la surface.

L'étude, Implications of Symetry and Pressure in Friedmann Cosmology: I. Formalism, est publiée dans le numéro du 28 août 2019 de The Astrophysical Journal et est disponible en ligne. Des travaux de suivi qui détaillent les conséquences spécifiques de ces résultats pour les relevés d'énergie noire et les observatoires d'ondes gravitationnelles sont actuellement en cours d'examen.


De quoi est faite l'énergie noire ? Quintessence? constante cosmologique ?

C'est l'un des plus grands mystères de la science. Il constitue la majorité de l'univers. Qu'est-ce que l'énergie noire ? De quoi est faite l'énergie noire ? Qu'est-ce que la quintessence ? L'énergie noire est-elle la constante cosmologique ? L'énergie noire existe-t-elle vraiment ?

La plupart des scientifiques pensaient que le taux d'expansion devait ralentir avec le temps, à cause de la gravité qui rassemblait la matière. Une sorte de technique de mesure était nécessaire pour établir une luminosité standard. C'est ce qu'on appelle une bougie standard.

Deux groupes d'astronomes (Saul Perlmutter et Adam Riess, et Brian Schmidt) ont trouvé un moyen de mesurer les vraies distances et les décalages vers le rouge de galaxies très éloignées en essayant de trouver les récentes explosions de supernova - appelées supernovae de type 1A. Ceux-ci fournissent une bougie standard car toutes les supernovae de type 1A explosent avec à peu près la même luminosité. Et en mesurant le décalage vers le rouge de la lumière, ils ont pu déterminer combien d'espace s'était agrandi. Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'univers s'accélérait.

L'énergie qui alimente l'expansion accélérée de l'univers est appelée « énergie noire ». Alors qu'est-ce qui pourrait en être la cause ?

Premièrement, cette énergie pourrait être une propriété de l'espace lui-même, la constante cosmologique. Lambda peut être considérée comme la densité d'énergie du vide de l'espace. Elle provient d'une annulation non parfaite des fluctuations quantiques.

Selon le principe d'incertitude de Heisenberg, les champs quantiques d'où proviennent toutes les particules ne peuvent pas rester immobiles. Des particules entrent et disparaissent, provoquant des fluctuations ou une pression dans le vide. Mais lorsque vous utilisez les équations connues de la mécanique quantique, l'énergie théorique est près de 120 ordres de grandeur plus élevée que ce qui est réellement mesuré.

Un autre mécanisme est appelé Quintessence. C'est un champ d'énergie qui imprègne tout l'univers. Et c'est repoussant. Ce serait une énergie noire dynamique. Cela peut changer d'un endroit à l'autre et dans le temps. La quintessence, si elle est vraie, peut être mesurée, car les différences d'énergie noire dans différentes parties de l'espace seraient mesurables.

Il y a cependant un problème de réglage fin, qui s'appelle le scandale des coïncidences. Les deux densités sont presque les mêmes mais dans le passé elles étaient différentes. Pourquoi vivons-nous à un moment où la différence n'est que d'environ 2,3 ?

Si nous croyons que le modèle d'énergie noire s'explique par les fluctuations du vide, alors il y a quelque chose de très spécial maintenant. Et c'est une énorme coïncidence. Mais si vous croyez que la quintessence est vraie, alors ce n'est pas une coïncidence.

Les excitations du champ de quintessence se manifesteraient sous la forme d'une particule, probablement un boson, mais contrairement à tout autre boson, il aurait une énergie négative. Cela signifierait que des particules plus légères pourraient se désintégrer en particules plus lourdes en émettant des particules de quintessence avec une énergie négative. Cela n'a jamais été vu. Les modèles qui correspondent aux données actuelles indiquent que l'énergie noire n'est pas dynamique, mais reste constante.

L'énergie noire pourrait-elle être des photons ou des rayonnements ? Non, car la densité d'énergie du rayonnement et des photons change à mesure que l'espace s'étend. L'énergie noire reste cependant la même. Pourquoi est-ce que si la densité ne diminue pas, cela fait accélérer l'univers ?

Parce que cela signifie que chaque centimètre cube d'espace se développe à un rythme constant. Donc sur de très grandes distances, l'effet cumulé est une accélération de l'univers.


A quoi sert l'énergie noire ?

Bien que les chercheurs ne comprennent pas entièrement l'énergie noire, ils ont utilisé leur connaissance du phénomène construire des modèles de l'univers qui expliquent tout, du Big Bang à la structure moderne à grande échelle des galaxies. Certains de ces modèles prédisent que l'énergie noire va se déchirer tout ce qui existe dans des milliards d'années.

L'explication principale de l'énergie noire suggère qu'il s'agit d'un type d'énergie refoulée inhérente au tissu de l'espace-temps. "Ce modèle simple fonctionne très bien dans la pratique, et c'est un ajout simple au modèle cosmologique sans avoir à modifier la loi de la gravité", Baojiu Li, physicien mathématicien à l'Université de Durham au Royaume-Uni, précédemment dit à Live Science. But the idea comes with one major problem: Physicists predict that the value of the vacuum's energy should be 120 orders of magnitude higher than what cosmologists observe in measurements, Li said.

An alternative idea posits that dark energy is an additional fundamental force, joining the four already known (gravity, electromagnetism, and the strong and weak nuclear forces). But this conjecture doesn't explain why humans don't notice this extra force in our day-to-day lives. So, theorists have also built creative models suggesting that this mysterious force is hidden in some way.

The measured value of dark energy is currently the subject of an intense debate between rival factions in physics. Some researchers have measured dark energy's power using the cosmic microwave background, a dim echo of the Big Bang, and produced one estimate.

But other astronomers, who measure dark energy's strength using the light of distant cosmic objects, have produced a different value, and nobody has yet been able to explain the discrepancy. Some experts have suggested that dark energy's power varies over time, though proponents of that idea have yet to convince a majority of their peers of this explanation.