Hubert Reeves

L’énergie sombre (3)

Émission du 28 mai 2005

Le mouvement des galaxies nous révèle l'existence d'une force qui augmente continuellement leur vitesse d'éloignement les unes par rapport aux autres. Pour poursuivre notre étude de ce phénomène nous avons dû faire un détour du côté de la géométrie de l'univers.

Tout comme il existe des lignes et des surfaces courbes (les surfaces de la Terre et de la Lune, par exemple), il peut exister des espaces à trois dimensions (des volumes) qui possèdent une courbure.

Question : l'espace cosmique qui englobe l'univers est-il plat ou courbe ? Selon la Théorie de la Relativité d'Einstein que nous utilisons pour décrire le comportement de la matière dans l'univers, il peut, a priori, avoir n'importe quelle courbure, ou n'en avoir pas du tout (espace plat), comme, en analogie, à deux dimensions : la surface plane, et, à une dimension : la ligne droite. La réponse à cette question ne peut être obtenue que par l'observation.

Il existe plusieurs méthodes expérimentales pour déterminer la courbure de l'espace cosmique. C'est de l'étude du rayonnement fossile (émis quand l'univers avait 400 000 ans) que nous vient la réponse. Plus particulièrement de la distribution des densités de températures que nous avons associées à des germes de galaxies. Sans entrer dans les détails, le message véhiculé par cette étude est clair : l'espace cosmique est plat, sa courbure est nulle (aux incertitudes observationnelles près). Il s'agit là d'une information d'une grande importance pour l'étude du cosmos. Nous n'avons pas fini d'en tirer toutes les implications.

En analogie :

• Dans les mythologies anciennes on supposait que la surface de la Terre était plate (et située au centre du monde). Grâce aux observations, on a montré qu'elle est courbe et on a mesuré sa courbure.
• Au siècle dernier, la théorie d'Einstein introduisait l'idée que l'espace cosmique pouvait être courbe, mais ne donnait aucune indication sur la valeur de sa courbure. Les observations ont montré que cette courbure est nulle, et que nous vivons dans un univers plat.

Dans la théorie d'Einstein, la courbure de l'espace est provoquée par la quantité de matière qui s'y trouve (la règle générale d'Einstein est que la matière courbe l'espace-temps). Mais contrairement à ce qu'on pourrait penser a priori, une courbure nulle de l'espace — notre espace — ne correspond pas à un univers vide, mais à une densité bien définie : la « densité critique ».

En d'autres mots, la mesure qui nous permet de montrer que l'espace est plat nous donne une mesure de l'ensemble de toutes les composantes qui s'y trouvent (visibles ou sombres, matière ou énergie). Telle est la puissance de la Théorie de la Relativité.

Mais, encore une fois, quel rapport existe-t-il entre la « planitude » de l'univers et l'existence de l'énergie sombre ?

Réponse la semaine prochaine.