Une énergie sombre variable expliquerait les énigmatiques galaxies de James-Webb

Le modèle de Big BangBig Bang est encore bien vivant et il est devenu absolument déraisonnable d’en douter, tout comme le modèle héliocentriquehéliocentrique. Cependant, il se limite à dire qu’il y a environ 13,8 milliards d’années, la matière de l’Univers observable était réduite à un mélange de quarks et de leptons, dans un bain de photons et élargi par l’expansion de l’espace. Le modèle reste donc muet sur la notion même de commencement et il se pourrait que l’Univers tout entier ne soit pas en expansion, mais seulement la partie que l’on appelle à juste titre l’Univers observable.

Or, nous savons bien que le modèle cosmologique standardmodèle cosmologique standard suppose l’existence d’un composant de matière noirematière noire et un constante cosmologiqueconstante cosmologique dans le équationséquations deEinsteinEinsteinqui se comporte comme une densité deénergieénergie exotiqueexotique que nous appelons énergie sombreénergie sombreet dont la nature est aussi inconnue que celle de la matière noire.

Si la théorie du Big Bang doit persister, ce ne sera peut-être pas le cas de la matière noire ou de l’énergie noire sous la forme qu’on lui attribue aujourd’hui. Il se pourrait aussi que le cosmoscosmos observable, une fois l’une de ces deux hypothèses réfutée, est plus ancienne de peut-être quelques centaines de millions d’années, voire quelques milliards d’années.

Depuis environ 13,8 milliards d’années, l’Univers n’a cessé d’évoluer. Contrairement à ce que nous disent nos yeux lorsque nous contemplons le ciel, ce qui le compose est loin d’être statique. Les physiciens font des observations à différents âges de l’Univers et réalisent des simulations dans lesquelles ils rejouent sa formation et son évolution. Il semble que la matière noire ait joué un rôle important depuis le début de l’Univers jusqu’à la formation des grandes structures observées aujourd’hui. © CEA Recherche

Galaxies énigmatiques et tension de Hubble

On sait que, depuis quelques temps, les observations de Télescope spatial James WebbTélescope spatial James Webb (JWST) tendent à montrer que très tôt dans l’histoire du cosmos il y a eu un assez grand nombre de galaxiesgalaxies massif et évolué de manière similaire au Voie lactéeVoie lactée. Il reste à déterminer si l’existence de ces structures peut être expliquée à partir du modèle cosmologique standard, à l’aide de calculs et simulations numériquessimulations numériques suffisamment précis et efficace et des hypothèses de ce modèle, ou s’il est nécessaire de les modifier. Par exemple, en remplaçant la théorie de gravitationgravitation d’Einstein ou plus généralement la mécanique céleste de NewtonNewton par une théorie dans le cadre de Mond proposée il y a plusieurs décennies.

Il existe un autre problème plus ancien, que tout le monde appelle désormais Tension de Hubble.

En analysant les observations de rayonnement fossilerayonnement fossile fait par PlanckPlanckon peut en déduire les valeurs de plusieurs des paramètres du modèle cosmologique standard à l’époque où l’Univers observable avait environ 380 000 ans. En faisant évoluer le cosmos jusqu’à aujourd’hui, on obtient une valeur actuelle de la constante de Hubble-Lemaître caractérisant son expansion.

LE astrophysiciensastrophysiciens et les scientifiques cosmologistes qui ont analysé les données de Planck l’ont fait avec le plus grand soin, cherchant à éliminer autant que possible les biais de mesure afin d’obtenir des estimations. solidesolide.

Cependant, leurs collègues travaillant sur l’estimation de la même constante de Hubble-Lemaître à l’aide de supernovae étudiées notamment avec les télescopes Hubble et maintenant JWST trouvent une valeur différente, malgré, là aussi, un grand soin apporté à la détermination de cette valeur. .

Il y a débat pour savoir si le désaccord est réel, et annonce un possible bouleversement de la situation. physiquephysique du modèle cosmologique standard, ou le résultat d’une erreur de mesure bien cachée comme ce fut le cas dans l’affaire des neutrinos transluminaux.

L’énergie noire issue d’un modèle de matière noire de la théorie des cordes ?

Depuis quelques temps, plusieurs chercheurs proposent de modifier la constante cosmologique d’Einstein pour la rendre variable. Nous pensions notamment introduire un nouveau champ scalaire, cousin de celui de bosonboson de Brout-Englert-Higgs, ce qui donnerait une densité d’énergie sombre qui ne serait donc pas toujours constante.

Un communiqué de presse du MIT annonçait récemment qu’une équipe de physiciensphysiciens a exploré précisément une telle hypothèse, comme on peut le voir dans un article en libre accès sur arXiv. Comme par magie, ils semblent avoir réussi à faire d’une pierre deux coups concernant l’énigme des galaxies anciennes et la tension de Hubble.

 » Nous constatons qu’en fait, l’énergie noire primitive constitue une solution très élégante et éparse à deux des problèmes les plus urgents du monde. cosmologiecosmologie « , explique dans ce communiqué Rohan Naidu, co-auteur de l’étude et postdoctorant au Kavli Institute forastrophysiqueastrophysique et Recherche spatiale du MIT. Les co-auteurs de l’étude sont Xuejian (Jacob) Shen, auteur principal et chercheur postdoctoral à Kavli, et Mark Vogelsberger, professeur de physique au MIT, ainsi que Michael Boylan-Kolchin de l’Université du Texas à Austin et Sandro Tacchella du Université de Cambridge.

Ce résultat est à replacer dans le cadre des travaux concernant ce qu’on appelle, en anglais, « theÉnergie sombre précoce (EDE) », que l’on peut traduire par « énergie noire primitive ». Dans le cas de la cosmologie standard, l’influence de l’énergie noire est négligeable durant les premiers millions d’années du cosmos observable. En autorisant une valeur plus élevée de la densité de l’énergie noire dans le passé, mais qui évoluera ensuite pour donner la valeur de celle que l’on observe depuis plusieurs milliards d’années dans le cosmos observable, on crée très tôt des galaxies plus grandes, et le modèle nécessaire car cela résout automatiquement le problème de tension de Hubble en prime.

Il est remarquable que le modèle d’énergie noire utilisé émerge souvent de la théorie des cordes lorsqu’on considère certaines de ses prédictions concernant les axions, des particules de matière noire associées à un champ scalaire. En fait, un modèle similaire a été proposé il y a quelques années.

Reste à savoir si les années à venir confirmeront ou non ces travaux…