Matière noire et énergie noire: 2 différents aspects d'une unique force inconnue ?

Dans les dernières décennies, les scientifiques ont découvert qu'il y a beaucoup plus d'éléments dans l'univers que ce qui est observé: le cosmos semble être rempli de deux constituants invisibles, la matière noire et l'énergie noire, dont l'existence est basée sur l'observation de leurs effets sur la matière et l'énergie visibles.



Maintenant, le physicien Robert J. Scherrer fourni un modèle expliquant que la matière noire et l'énergie noire sont deux aspects d'une unique force inconnue. Selon lui, son modèle est extrêmement simple et évite les problèmes principaux caractérisant les hypothèses précédentes d'unification de la matière noire et de l'énergie noire.

Dans les années 70, les astrophysiciens ont postulé l'existence de particules invisibles appelées matière noire afin d'expliquer le mouvement des galaxies. Basé sur ces observations, ils estiment qu'il doit y avoir environ 10 fois plus de matière noire que de matière visible dans l'Univers. Une explication possible est que la matière noire se compose d'un nouveau type de particules massives, les WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), qui n'émettent pas de lumière et interagissent peu avec la matière ordinaire.

Comme si ce n'étaient pas assez, dans les années 90 est apparue la notion d'énergie noire, produisant une force répulsive. Les scientifiques ont supposés l'existence de cette énergie pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers. Selon les dernières évaluations, l'énergie noire compose 75% de l'Univers et la matière noire 23%, laissant la matière et l'énergie ordinaires en minorité avec seulement 2%.

L'idée de l'unification de Scherrer est une forme exotique d'énergie avec des propriétés bien définies appelées champ scalaire. Dans ce contexte, un champ est une quantité physique possédant une énergie et une densité. Les cosmologues ont utilisé la première fois la notion de champ scalaire pour expliquer l'inflation cosmique, peu de temps après le Big Bang, quand l'univers semblait avoir subi une période d'hyper-expansion en gonflant des milliards sur des milliards de fois en moins d'une seconde.

Scherrer emploie un champ scalaire de seconde génération connu sous le nom de k-essence dans son modèle. Les champs k-essence ont été avancés par Paul Steinhardt à l'université de Princeton pour expliquer l'énergie noire, mais Scherrer suppose qu'un type simple de champ k-essence peut également produire les effets attribués à la matière noire.

Les scientifiques différencient la matière noire et l'énergie noire car elles semblent se comporter différemment. La matière noire parait avoir de la masse et former des structures géantes. En fait, les cosmologues ont calculés que l'attraction gravitationnelle de ces structures a joué un rôle principal dans la formation des galaxies. L'énergie noire en revanche semble être sans masse et diffusée uniformément dans tout l'espace, où elle agit comme anti-gravité avec une force répulsive dilatant l'Univers.

Les champs k-essence peuvent changer de comportement avec le temps. En étudiant un type très simple de champ k-essence, dans lequel l'énergie potentielle est une constante, Scherrer a découvert que lors de son évolution il traverse une phase où il peut posséder des caractéristiques de particules invisibles, suivi d'une phase où il dilate uniformément tout l'espace tel l'énergie noire.

Bien que le modèle de Scherrer ait un certain nombre d'aspects positifs, il a également quelques inconvénients. Le physicien avertit que plus d'études seront nécessaires pour déterminer si le comportement du modèle est conforme à d'autres observations. En outre, il ne peut pas répondre à un problème de coïncidence: pourquoi vivons-nous au moment où les densités calculées pour la matière noire et l'énergie noire sont égales? Beaucoup de scientifiques restent sceptiques sur cet "hasard".

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