Introduction
L'énergie sombre est une composante énergétique dominante mais profondément mystérieuse de notre Univers. Postulée pour expliquer l'expansion accélérée du cosmos observée à la fin des années 1990, elle représente une force répulsive qui contredit l'attente intuitive selon laquelle la gravité, attractive, devrait ralentir l'expansion cosmique initiée par le Big Bang. Sa découverte a bouleversé la cosmologie et remis en question notre compréhension fondamentale de la gravité, de l'espace et du destin ultime de l'Univers.
Description
L'énergie sombre est conceptualisée comme une propriété intrinsèque de l'espace vide lui-même, une 'énergie du vide' ayant une densité constante et uniforme dans tout le cosmos. Contrairement à la matière (ordinaire ou noire) dont la densité diminue avec l'expansion de l'Univers, la densité de l'énergie sombre reste constante. Ainsi, à mesure que l'Univers grandit, la quantité totale d'énergie sombre augmente proportionnellement au volume, ce qui la rend progressivement dominante. Son effet principal est d'exercer une pression négative (ou tension), équivalente à une gravité répulsive dans les équations de la relativité générale d'Einstein. Cette répulsion est à l'origine de l'accélération de l'expansion cosmique. Le modèle cosmologique standard, le modèle ΛCDM, identifie l'énergie sombre à la constante cosmologique (Λ), une énergie du vide proposée puis rejetée par Einstein. Cependant, d'autres théories existent, comme la 'quintessence', un champ dynamique dont la densité évoluerait dans le temps, ou des modifications de la loi de la gravité à très grande échelle (théories MOND étendues).
Histoire
L'histoire de l'énergie sombre commence en 1917, lorsque Albert Einstein introduit la constante cosmologique (Λ) dans ses équations de la relativité générale pour obtenir un Univers statique, qu'il considérait alors comme une évidence. Après la découverte de l'expansion de l'Univers par Edwin Hubble en 1929, Einstein rejeta cette constante, la qualifiant de 'plus grande bêtise de sa vie'. Le concept ressurgit de manière spectaculaire en 1998 grâce à deux équipes indépendantes, le Supernova Cosmology Project et le High-Z Supernova Search Team. En étudiant des supernovas de type Ia (des 'chandelles standards') dans des galaxies lointaines, elles découvrirent que ces explosions étaient plus faibles que prévu, indiquant que l'expansion de l'Univers s'accélérait, et non ralentissait. Cette découverte, récompensée par le prix Nobel de physique en 2011, impliquait l'existence d'une force répulsive dominante : l'énergie sombre. Des observations ultérieures, notamment du fond diffus cosmologique par les satellites WMAP et Planck, ont confirmé et précisé son abondance.
Caracteristiques
Les principales caractéristiques de l'énergie sombre, telles qu'inférées des observations, sont : 1) **Homogénéité** : Elle semble parfaitement uniforme dans l'espace, ne s'agglomérant pas comme la matière. 2) **Faible interaction** : Elle n'interagit pratiquement pas avec la matière ou le rayonnement par des forces autres que la gravité (elle est 'transparente'). 3) **Pression négative** : Son paramètre d'équation d'état (w, le rapport pression/densité) est proche de -1. Pour la constante cosmologique, w est exactement -1. 4) **Densité constante** : Sa densité énergétique ne se dilue pas avec l'expansion. 5) **Effet dominant** : Elle représente environ 68% du budget énergétique total de l'Univers, la matière noire ~27%, et la matière ordinaire (baryonique) seulement ~5%. 6) **Effet répulsif** : Elle contrebalance l'attraction gravitationnelle à grande échelle, éloignant les amas de galaxies les uns des autres à un rythme croissant.
Importance
L'énergie sombre est d'une importance capitale pour la cosmologie et la physique fondamentale. Elle détermine le destin ultime de l'Univers. Si elle est bien la constante cosmologique, l'expansion continuera à s'accélérer indéfiniment, conduisant à un 'Big Chill' ou 'Big Rip' potentiel, où les structures à grande échelle finiront par être dissociées. Sa nature pose des défis théoriques majeurs : la valeur calculée de l'énergie du vide en théorie quantique des champs est supérieure de 10^120 à la valeur observée, ce qui constitue la 'pire prédiction théorique de l'histoire de la physique'. Comprendre l'énergie sombre pourrait nécessiter une théorie unifiée de la gravité quantique, fusionnant la relativité générale et la mécanique quantique. Des projets observationnels majeurs (comme le Vera C. Rubin Observatory, Euclid, et le Nancy Grace Roman Space Telescope) ont pour objectif principal de mesurer ses propriétés avec une précision inédite, cherchant à déterminer si elle est vraiment constante ou dynamique, ce qui orienterait radicalement les théories futures.
