À déchiffrer le puzzle cosmique de la nature de l’énergie sombre est, nous allons mieux apprendre… le destin de l’Univers. Que l’énergie noire change de force ou de signe est la clé pour savoir si nous finirons par une grande déchirure ou non.
Scenic Réflexions de fond d’écran
en Regardant l’Univers d’aujourd’hui, il est facile d’être absolument impressionné par tout ce que nous pouvons trouver. Les étoiles dans notre ciel nocturne ne sont qu’une infime fraction — quelques milliers sur des centaines de milliards — de ce qui est présent dans notre Voie Lactée., La Voie Lactée elle-même n’est qu’une galaxie solitaire sur des milliers de milliards présents dans l’Univers observable, qui s’étend dans toutes les directions sur quelque 46 milliards d’années-lumière.
et tout a commencé il y a environ 13,8 milliards d’années à partir d’un état chaud, dense et en expansion rapide connu sous le nom de Big Bang. C’est le premier moment où nous pouvons décrire notre univers comme étant plein de matière et de rayonnement, et avancer de cet état compte tenu des lois connues de la physique nous permet d’expliquer comment le cosmos a pris sa forme moderne. Mais tout est encore en expansion, formant de nouvelles étoiles et évoluant. Comment peut-elle fin?, Voici ce que la science a à dire.
Les bougies Standard (L) et les règles standard (R) sont deux techniques différentes que les astronomes utilisent pour mesurer… l’expansion de l’espace à divers moments/distances dans le passé. Sur la base de la façon dont les quantités comme la luminosité ou la taille angulaire changent avec la distance, nous pouvons déduire l’histoire de l’expansion de l’univers. L’utilisation de la méthode de la bougie fait partie de l’échelle de distance, ce qui donne 73 km/S/Mpc. L’utilisation de la règle fait partie de la méthode du signal précoce, produisant 67 km/S/Mpc.,
NASA / JPL-Caltech
pendant longtemps, les scientifiques qui ont étudié la structure et l’évolution de l’univers ont envisagé trois possibilités, basées sur la physique simple de la relativité générale et le contexte de l’univers en expansion. D’une part, la gravitation travaille à tout rassembler; c’est une force attractive régie par la matière et l’énergie, sous toutes leurs formes, présentes dans l’univers. D’un autre côté, il y a le taux d’expansion initial, travaillant pour tout séparer.,
Le Big Bang marque le départ de la plus grande course de tous les temps: entre gravité et taux d’expansion. Lequel finira par gagner dans notre Univers? La réponse à cette question, le raisonnement classique est allé, devrait déterminer le destin de notre univers.
Un Univers qui obéit aux lois de la relativité et est rempli, isotrope et homogène, avec… la matière et / ou le rayonnement ne peuvent pas être statiques. Il doit se développer ou se contracter, en fonction de ce qu’il contient et des montants.
E., Siegel / Beyond the Galaxy
Voici ce que nous pensions que les possibilités étaient:
- l’univers se souvient dans un grand craquement. L’expansion commence rapidement, et la grande quantité de matière et de rayonnement fonctionne pour tout ramener ensemble. S’il y a plus qu’assez de matière et d’énergie, l’univers s’étendra à une taille maximale, l’expansion s’inversera en contraction et l’univers se souviendra.
- L’univers se dilate pour toujours, entraînant un grand GEL., Tout commence de la même manière que ci-dessus, mais cette fois, la quantité de matière et d’énergie est insuffisante pour contrer l’expansion. L’univers continue à s’étendre pour toujours, car le taux d’expansion continue de baisser mais n’atteint jamais zéro.
- l’expansion de l’univers asymptote à zéro. Imaginez la situation limite entre les deux exemples ci-dessus. S’il y avait un proton de plus, nous nous souviendrions; un de moins, et nous nous étendrions pour toujours. Dans ce cas critique (ou boucle d’or), l’univers se dilate pour toujours, mais au rythme le plus lent possible.,
pour savoir lequel était correct, tout ce que nous avions à faire était de mesurer à quelle vitesse l’univers se développait et comment ce taux d’expansion changeait au fil du temps. La physique déterminerait le reste.
alors que la matière et le rayonnement deviennent moins denses à mesure que l’univers se dilate en raison de son volume croissant,… l’énergie noire est une forme d’énergie inhérente à l’espace lui-même. À mesure que de nouveaux espaces sont créés dans l’univers en expansion, la densité d’énergie sombre reste constante.
E. Siegel / au-Delà de La Galaxie
C’était l’une des grandes quêtes de l’astrophysique moderne., Mesurez la vitesse à laquelle l’Univers était en expansion, et vous savez comment le tissu de l’Espace change aujourd’hui. Mesurez comment le taux d’expansion a changé au fil du temps, et vous savez comment le tissu de l’espace a changé dans le passé.
rassemblez ces deux informations, et la façon dont le taux d’expansion est et a également changé vous permet de déterminer de quoi l’univers est fait et dans quels rapports.
au meilleur de nos connaissances, éclairées par ces mesures, nous avons déterminé que l’univers est composé d’environ 0,01% de rayonnement, 0,1% de neutrinos, 4.,9% de matière normale, 27% de matière noire et 68% d’énergie noire. Cette quête, qui a commencé dès les années 1920 pour certains, a obtenu une réponse inattendue à la fin des années 1990.
L’univers en expansion, plein de galaxies et de structure complexe que nous voyons aujourd’hui, est né d’une plus petite,… état plus chaud, plus dense, plus uniforme dans le passé. Il doit y avoir une nouvelle forme d’énergie conduisant à la phase actuelle d’expansion accélérée, au-delà de la matière et du rayonnement connus.
C. Faucher-Giguère, A. Lidz et L., Hernquist, de la Science 319, 5859 (47)
Donc, si l’énergie sombre domine l’expansion de l’Univers, qu’est-ce que cela signifie pour notre destin? Tout dépend de comment — ou si — l’énergie sombre évolue avec le temps. Voici les cinq possibilités.
1.) L’énergie noire est une constante cosmologique dominant l’expansion. C’est l’option par défaut d’obtenir les meilleures données que nous avons aujourd’hui. Alors que la matière devient moins dense à mesure que l’univers se dilate, se diluant à mesure que le volume se dilate, l’énergie noire représente une quantité d’énergie non nulle inhérente au tissu de l’espace lui-même., Au fur et à mesure que l’univers se développe, la densité d’énergie sombre reste constante, ce qui entraîne une asymptote du taux d’expansion non pas à zéro, mais à une valeur positive.
cela conduit à un univers en expansion exponentielle, et finira par repousser tout ce qui ne fait pas partie de notre groupe local. Déjà, 97% de l’Univers visible est inaccessible dans ces conditions.
Le Big Rip scénario va se produire si nous constatons que l’énergie sombre augmente la force, tout en restant… négatif dans la direction, au fil du temps.
Jeremy Teaford/Université Vanderbilt
2.,) L’énergie noire est dynamique et devient plus puissante avec le temps. L’énergie sombre semble être une nouvelle forme d’énergie inhérente à l’espace lui-même, ce qui implique qu’il a une densité d’énergie constante. Mais cela pourrait aussi changer avec le temps. Une façon possible qu’il pourrait changer est qu’il pourrait se renforcer en ampleur, ce qui accélérerait le taux d’expansion de l’univers au fil du temps.
non seulement des objets plus éloignés semblent s’accélérer loin de nous, mais ils le feraient à un rythme croissant., Pire encore, les objets qui sont maintenant gravitationnellement liés aujourd’hui — comme les amas de galaxies, les galaxies individuelles, le système solaire et même les atomes-deviendraient tous un jour non liés à mesure que l’énergie noire se renforçait. Dans les derniers instants de l’univers, les particules subatomiques et le tissu de l’espace lui-même se déchireraient. Ce destin « Big Rip » est une deuxième possibilité.
Alors que les densités d’énergie de la matière, du rayonnement et de l’énergie sombre sont très bien connus, il existe encore… beaucoup de marge de manœuvre dans l’équation d’état de l’énergie noire., Il pourrait être une constante, mais il pourrait augmenter ou diminuer dans la force au fil du temps ainsi.
Quantum des Histoires
3.) L’énergie sombre est dynamique et se désintègre avec le temps. Sinon, comment l’énergie noire pourrait-elle changer? Au lieu de se renforcer, il pourrait s’affaiblir. Bien sûr, le taux d’expansion est compatible avec une quantité constante d’énergie appartenant à l’espace lui-même, mais cette densité d’énergie pourrait également chuter.
S’il se désintègre à zéro, cela pourrait conduire à l’une des possibilités originales exprimées ci-dessus: le Big Freeze., L’univers se développerait encore, mais sans assez de matière et d’autres formes d’énergie pour se souvenir.
Si elle se désintègre pour devenir négative, cependant, cela pourrait conduire à une autre des possibilités: un grand Crunch. L’univers pourrait être rempli d’énergie intrinsèque à l’espace qui changeait soudainement de signes et provoquait des souvenirs dans l’espace. Bien que le calendrier de ces changements soit contraint d’être beaucoup plus long que le temps écoulé depuis le Big Bang, il pourrait encore se produire.
Les différentes façons de l’énergie sombre pourrait évoluer dans l’avenir. Restant constant ou augmentant dans…, la force (dans une grande déchirure) pourrait potentiellement rajeunir l’univers, tandis que le signe d’inversion pourrait conduire à un grand Crunch.
NASA/CXC/M. Weiss
4.) L’énergie sombre pourrait passer à une autre forme d’énergie, rajeunissant l’univers. Si l’énergie noire ne se décompose pas, mais reste constante ou même se renforce, il y a une autre possibilité qui se présente. Cette énergie, inhérente au tissu de l’espace aujourd’hui, peut ne pas rester éternellement sous cette forme., Au lieu de cela, il pourrait être converti en matière et rayonnement, similaire à ce qui s’est produit lorsque l’inflation cosmique a pris fin et que le Big Bang chaud a commencé.
Si l’énergie sombre reste constante jusqu’à ce moment-là, elle créera une version très, très froide et diffuse du Big Bang chaud, où seuls les neutrinos et les photons peuvent s’auto-créer. Mais si l’énergie noire augmente en force, cela pourrait conduire à un état semblable à l’inflation suivi d’un nouveau Big Bang vraiment chaud., C’est le moyen le plus simple de rajeunir l’Univers et de créer un ensemble de paramètres cycliques, où l’univers nouvellement créé a une autre chance de se comporter comme le nôtre.
le modèle Le plus simple de l’inflation est que nous avons commencé au sommet d’une proverbiale de la colline, où… l’inflation a persisté, et roulé dans une vallée, où l’inflation a pris fin et a entraîné le Big Bang chaud., Si cette vallée n’est pas à une valeur de zéro, mais plutôt à une valeur positive, non nulle, il peut être possible de faire un tunnel quantique dans un État de plus basse énergie, ce qui aurait de graves conséquences pour l’univers que nous connaissons aujourd’hui.
E. Siegel / au-Delà de la Galaxie
5.) L’énergie sombre est liée à l’énergie du point zéro du vide quantique, et se désintégrera, détruisant l’univers que nous connaissons. C’est la possibilité la plus destructrice de toutes., Que se passe-t-il si l’énergie noire n’est pas la vraie valeur de l’espace vide dans la configuration de la plus basse énergie, mais est le résultat de symétries au début de l’univers ayant rompu dans une configuration de faux minimum?
Si c’est le cas, il y aurait un moyen pour lui de faire un tunnel quantique dans un État de plus basse énergie, en modifiant les lois de la physique et en détruisant tous les états liés (c’est-à-dire les particules) des champs quantiques aujourd’hui. Si le vide quantique est instable de cette manière particulière, partout où cette désintégration se produit, il en résultera la destruction de tout dans l’univers dans une bulle qui se dilate vers l’extérieur à la vitesse de la lumière., Si un tel signal nous parvenait, il s’accompagnerait aussi de notre destruction instantanée.
La zone d’affichage de Hubble (en haut à gauche) par rapport à la zone qui WFIRST sera en mesure d’afficher… de la même profondeur, dans le même laps de temps. La vision à large champ de WFIRST nous permettra de capturer un plus grand nombre de supernovae lointaines que jamais auparavant, nous permettant de mieux déterminer et contraindre la nature de l’énergie noire.,
NASA / Goddard / WFIRST
bien que nous ne sachions pas laquelle de ces possibilités est vraie pour notre univers, les données sont incroyablement cohérentes avec la première option: que l’énergie noire soit vraiment une constante. À l’heure actuelle, nos observations de l’évolution de l’univers — en particulier en raison du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes et de la structure à grande échelle de l’univers — imposent des contraintes strictes sur la marge de manœuvre dont dispose l’énergie sombre pour changer.,
avec L’avènement prochain de la mission d’astrophysique phare de la NASA des années 2020, WFIRST, nous sommes sur le point de resserrer cette marge de manœuvre par peut-être un autre facteur de 10 ou plus. Si l’énergie noire offre des indications que notre destin sera différent de celui que nous prévoyons aujourd’hui, cet observatoire sera celui qui aura la meilleure chance de révéler scientifiquement cette nouvelle vérité sur notre univers. Jusque-là, tout ce que nous avons, ce sont les possibilités que nous savons envisager. Le reste dépend de la science.