énergie sombre précoce

Un feu qui ne s'éteint pas d'un coup, mais couve pendant des heures, parce que les bûches à l'intérieur gardent encore la chaleur des flammes passées. C'est à peu près ainsi que fonctionne l'effet de mémoire chez les trous noirs.

Six coureurs sprintent sur la piste, et les juges mesurent leur vitesse sans remarquer le vent arrière. Le vent souffle dans leur dos, et les chronomètres affichent un meilleur résultat que la réalité.

Un trou noir n'est pas un aspirateur éternel. Il perd lentement de la masse en émettant des particules, comme une pierre chauffée qui se refroidit en cédant de la chaleur.

En 1929, Edwin Hubble a pointé son télescope vers des galaxies lointaines et a découvert qu'elles s'éloignent. Quatre-vingt-dix ans plus tard, deux mesures de cette vitesse d'éloignement – l'une issue de la lumière ancienne, l'autre d'étoiles proches – refusent obstinément de coïncider.

La cosmologie s'est fourrée dans un sacré pétrin. Les deux principales façons de plonger dans le passé de l'Univers — par la lueur primordiale (le rayonnement fossile) et par des objets plus tardifs comme les supernovae — donnent des chiffres différents pour le taux d'expansion (la constante de Hubble) et pour le degré d'agglutination de la matière.

Trois minutes après le Big Bang, l'Univers jouait sa première symphonie. C'était la nucléosynthèse du Big Bang — la formation des noyaux légers, où chaque élément sonnait sa note, et le tempo était donné par l'expansion de l'espace.

L'Univers refroidissait comme une baignoire géante après un début brûlant. 400 000 ans après le Big Bang, l'hydrogène était déjà prêt à se recombiner — les protons capturaient les électrons pour devenir des atomes neutres. Mais quelque part dans cette eau sombre, un robinet continuait de goutter.

Le débat cosmologique rappelle une situation où deux artisans mesurent le même mur mais obtiennent des longueurs différentes. L'un utilise un mètre ruban, l'appliquant aux repères les plus proches — les céphéides (étoiles pulsantes servant de phares) et les supernovae de type Ia (explosions d'étoiles mourantes). Il en déduit que le mur s'étire à une vitesse de 73.5 unités conventionnelles.

Depuis que Edwin Hubble a découvert la fuite des galaxies, la loi d'expansion de l'univers — la loi de Hubble — demeure la pierre angulaire de la cosmologie.

En cosmologie, un drame se prépare : deux instruments principaux — l'orchestre de l'Univers primordial et l'ensemble de chambre du cosmos moderne — interprètent la même symphonie d'expansion à des tempos différents.

Imaginez un orchestre cosmique jouant une symphonie du Big Bang à nos jours. Le chef — l'énergie sombre — a longtemps semblé être un métronome impassible : la constante cosmologique Λ est immobile, comme une baguette suspendue en l'air.

Dans une étude récente, des astrophysiciens montrent comment la physique d'avant la recombinaison, en particulier l'énergie noire primordiale, influence la dérive spectrale $$α_s$$ et, par conséquent, la viabilité des scénarios de formation de trous noirs primordiaux issus de la phase d'ultra-lente glissade (USR) pendant l'inflation.

La cosmologie ressemble à un orchestre où les différents pupitres se mettent soudainement à jouer en désordre. Les mesures de la vitesse d'expansion de l'Univers (la constante de Hubble) dans l'Univers primordial et dans l'Univers tardif donnent des chiffres différents.

À la fin des années 1990, le ciel étoilé a réservé une surprise : Saul Perlmutter et Adam Riess ont découvert que l'expansion de l'univers s'accélère.

Dans le plasma incandescent de l'Univers naissant, juste après l'expansion inflationniste imaginée par Alan Guth, régnait l'ère de la domination cinétique.

L'Univers est un immense orchestre interprétant la partition de l'expansion. Les galaxies s'éloignent au rythme d'une musique inaudible : l'énergie noire.

La constante cosmologique d'Einstein — erreur fâcheuse ou intuition revenue comme un boomerang ? L'accélération de l'Univers a pris les physiciens au dépourvu : le modèle ΛCDM fonctionne, mais pourquoi l'énergie du vide est-elle si ridiculement petite ?

Pendant des décennies, deux méthodes indépendantes de mesure de la vitesse d'éloignement des galaxies — la constante de Hubble — ont donné des chiffres contradictoires. La situation évoquait une pièce avec deux thermomètres affichant des températures différentes.

Deux règles à mesurer donnent des longueurs légèrement différentes pour la même table. C'est à peu près la situation en cosmologie avec la constante de Hubble — le nombre qui indique à quelle vitesse l'Univers s'étend.

L'origine du Big Bang chaud est l'une des plus grandes énigmes. Le scénario habituel : après l'inflation, le champ de l'inflaton transmet son énergie aux particules ordinaires, réchauffant l'Univers. Cependant, la matière noire et l'énergie noire suggèrent que la nature recèle des secteurs cachés.

Les trous noirs perdent de la masse comme l'eau d'un seau au soleil — cette évaporation a été découverte par Stephen Hawking.

La cosmologie est une musique des sphères, et la constante de Hubble nous a longtemps semblé un métronome fiable.

L'expansion de l'univers, découverte par Edwin Hubble, nous a offert une image du cosmos jeune, mais aussi des questions épineuses.

Un trou noir acoustique est un flux de fluide plus rapide que le son, si bien que les ondes sonores ne peuvent pas s'en échapper. La frontière — la surface où la vitesse du flux atteint la vitesse du son — engendre des paires de phonons : des quanta de son dont l'un s'éloigne tandis que l'autre tombe vers l'intérieur.

Le forgeron forge une épée. À chaque coup de marteau, le métal incandescent s'aplatit, mais le marteau lui-même, l'enclume et l'air ambiant s'échauffent légèrement. Une partie de l'énergie du coup se dissipe irrémédiablement en chaleur — et cet échange, familier à quiconque a déjà planté un clou, se révèle être la clé des plus grandes énigmes du cosmos.

Dans une cuisine, on a une balance pour la farine et un verre doseur pour l'eau. Séparément, ils sont précis, mais pour faire du pain, la recette exige un rapport parfait. Un débat similaire agite les astronomes à propos de la vitesse d'expansion de l'univers.

L'Univers est en expansion, et son histoire comporte deux épisodes étonnants qui ne cadrent pas encore avec un modèle simple. Le premier est une courte période de jeunesse où tout s'éloignait plus vite que prévu, comme si quelqu'un avait appuyé sur l'accélérateur. Le second est l'accélération actuelle, comme si la même pédale était de nouveau enfoncée, mais plus doucement.

Un pendule oscille dans un sirop épais. Dans les premières fractions de seconde, il se déplace rapidement, mais le sirop le freine, puis soudain il devient plus fluide — et le pendule accélère à nouveau. Quelque chose de semblable a pu se produire dans notre Univers.

Un minuscule trou noir — pas plus gros qu'un noyau atomique — flotte dans un nuage d'hydrogène. Il n'avale pas tout ce qui l'entoure, mais s'écoule lentement en rayonnement, maigrissant à chaque instant. Ainsi, une casserole sur la cuisinière ne bout pas immédiatement : d'abord, des bulles courent au fond, puis l'eau frémit de plus en plus fort.

Un projecteur éclaire une salle obscure. Entre la lampe et le mur, une lentille invisible passe — et la tache de lumière devient un instant plus brillante, se déplace légèrement.

Un morceau de sucre pèse environ un gramme. Mais un trou noir capable de se cacher dans un tel morceau pèserait comme une petite montagne — des milliards de tonnes. Pourtant, même ces minuscules, nés dans les premiers instants après le Big Bang, auraient dû disparaître depuis longtemps.

Un immense gâteau en couches, où les couches de pâte sont l'espace et la garniture est une région particulière, semblable à un mur invisible. Ce mur n'est pas en briques, mais en énergie, et il pourrait être aussi épais que l'Univers entier. Si un tel mur existe, il devrait étirer les couches de pâte différemment : celles qui sont le long de lui s'écartent plus vite, et celles qui sont en travers, plus lentement.

Un minuscule trou noir de la taille d'un noyau atomique mais avec la masse d'une montagne est né dans les premiers instants après le Big Bang, lorsque des amas aléatoires d'énergie se sont effondrés en de tels objets.

L'énigme de la matière noire, repérée pour la première fois dans les tourbillons stellaires par Vera Rubin, taraude la physique depuis près d'un siècle. L'une des hypothèses les plus audacieuses est celle des trous noirs primordiaux, nés dans le bouillon brûlant de l'univers primordial.

Juste après le Big Bang, l'Univers s'est étendu incroyablement vite — cette phase a été nommée inflation. Dans certaines régions microscopiques, la matière s'est par hasard tellement condensée qu'elle s'est effondrée en trous noirs primordiaux. Ils sont minuscules — de la taille d'un proton, mais massifs — comme un iceberg.

Un étang où des cercles s'étendent depuis une pierre jetée. C'est pareil à l'échelle de l'Univers : un sursaut d'énergie dans le secteur sombre — une substance invisible qui n'émet pas de lumière — crée des ondulations dans le tissu de l'espace. Ces ondulations modifient le chemin des particules de lumière qui voyagent vers nous depuis la naissance même du cosmos.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles captent un bourdonnement de basse fréquence, semblable au bruit lointain d'une cascade. Le télescope Webb découvre dans l'Univers primordial des galaxies avec des trous noirs qui semblent trop massifs pour leur jeune âge.

Deux horloges affichent des heures différentes. L'une est sur notre table, l'autre est loin dans le passé, dans la lueur laissée par le Big Bang. La première, en observant les galaxies proches, mesure la vitesse d'expansion de l'Univers – environ 73 kilomètres par seconde par mégaparsec.

Un trou noir minuscule – de la taille d'un atome, mais aussi massif qu'une montagne. Il n'est pas né d'une étoile, mais dans les tout premiers instants après le Big Bang, et il a passé tout ce temps à perdre silencieusement de la masse en émettant de la chaleur.

La querelle cosmologique évoque deux artisans qui mesurent la même pièce avec des mètres différents. L'un, en observant les galaxies lointaines, obtient un certain nombre. L'autre, en scrutant la lueur ancienne — le rayonnement fossile, la lumière refroidie du Big Bang —, en obtient un autre, plus petit. Cet écart est appelé tension de Hubble.