Paramètre cosmologique - Définition

Quelques paramètres cosmologiques

L'univers contient de façon certaine trois, et très probablement quatre type de matière : des photons, des neutrinos, la matière composant les atomes et les molécules, appelée matière baryonique, ainsi qu'une forme de matière mal connue à l'heure actuelle, la matière noire. Cette dernière pourrait être composée de particules élémentaires non détectées à ce jour dans les accélérateurs de particules, de masse bien plus élevée que le proton ou le neutron.

La quasi totalité de l'énergie des photons de l'univers correspond à celle des photons qui ont été produit lors du Big Bang, qui composent le fond diffus cosmologique. La température du fond diffus cosmologique est connue avec une très grande précision. Pour cette raison, la densité d'énergie des photons n'est pas un paramètre cosmologique que l'on cherche à déterminer, mais une donnée à inclure dans les modèles. De la même façon, il existe de très nombreux neutrinos issus du Big Bang. Bien que l'énergie de ceux-ci soit très inférieure à celle de ceux produit par les réactions nucléaires au sein des étoiles, leur nombre est considérablement plus élevé, et ce sont eux qui contribuent à la quasi-totalité de la densité d'énergie des neutrinos. Il n'est par contre pas possible d'observer directement ce fond cosmologique de neutrinos, cependant il est possible de déduire sa densité d'énergie par le calcul, et de vérifier celui-ci grâce aux prédictions de la nucléosynthèse primordiale, qui fait intervenir la densité d'énergie des neutrinos. Celle-ci n'est donc, sauf exception, pas un paramètre cosmologique, puisque sa valeur est fixée avec une quasi certitude. Il reste possible de supposer que les neutrinos cosmologiques présentent une asymétrie entre neutrinos et antineutrinos, auquel cas l'on doit introduire ce paramètre supplémentaire.

Par contre, les abondances de matière baryonique et de matière noire ne peuvent être prédites par les théories physiques actuelles (2006), aussi leur abondance est-elle un paramètre libre dans la plupart des modèles. L'énergie noire, ou tout phénomène produisant des effets observationnels du même type, font également partie des paramètres cosmologique. Ces paramètres cosmologiques sont parfois regroupées sous la dénomination commune de paramètres physiques, au sens où ils interviennent dans la description du contenu matériel actuel de l'univers.

Aux paramètres physiques, tout modèle cosmologique se doit d'associer également ce qui est parfois appelé paramètres primordiaux, qui décrivent certains aspects de la physique des époques très reculées de l'histoire de l'univers (on parle d'univers primordial). En particulier, l'étude du fond diffus cosmologique révèle que quelques centaines de milliers d'années après le Big Bang, l'univers était dans un état extrêmement homogène mais présentant de très faibles fluctuations de densité. Il est difficile d'expliquer la formation de ces fluctuations de densité dans l'histoire récente de l'univers, aussi est-on amené à supposer que celles-ci ont été produites très tôt dans l'histoire de l'univers. Les paramètres qui décrivent l'état initial de ces fluctuations de densité sont donc des paramètres primordiaux.

À ces deux classes peuvent s'ajouter des paramètres de nature plus astrophysique qu'il serait en principe possible de prédire une fois les autres paramètres connus, mais dont la compréhension est pour l'heure trop incertaine pour que des prédictions quantitatives précises et fiables puissent être faites. On parle parfois de paramètre astrophysique. La réionisation est un exemple de paramètre astrophysique, plus facile à estimer observationnellement qu'à prédire théoriquement (voir ci-dessous).