Description

En cosmologie, l'énergie sombre ou énergie noire (dark energy en anglais) est une forme d'énergie hypothétique emplissant uniformément tout l'Univers et dotée d'une pression négative, qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle répulsive. L'existence de l'énergie sombre est nécessaire pour expliquer diverses observations astrophysiques, notamment l'accélération de l'expansion de l'Univers détectée au tournant du xxi^e siècle.
Malgré une densité très faible, l'énergie sombre est une composante majeure de l'Univers, représentant environ 68 % de la densité d'énergie totale de l'Univers. Sa nature reste aujourd'hui encore inconnue. Il peut s'agir simplement de la constante cosmologique induite par la relativité générale qui aurait une valeur non nulle. Il existe d'autres hypothèses, menant soit à une modélisation différente de la matière, soit à une modélisation différente de la gravitation. Le choix entre ces différentes hypothèses dépend essentiellement des contraintes apportées par l'observation,
notamment des supernovae de type Ia, de fond diffus cosmologique ou des oscillations acoustiques des baryons. L'énergie sombre ne doit pas être confondue avec la matière sombre qui, contrairement à l'énergie sombre, ne remplit pas uniformément l'Univers et qui interagit normalement (forces attractives) avec la gravitation.

Naissance

L'expression dark energy (énergie sombre) a été citée pour la première fois dans un article de Huterer et Turner1 en 1998, quelques mois après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'Univers. En effet, à la fin des années 1990, les satellites et les télescopes ont permis des mesures très précises des supernovæ distantes et du rayonnement fossile micro-onde. Plusieurs caractéristiques observées, notamment l'accélération de l'expansion de l'Univers, conduisent à supposer qu'il existe effectivement une sorte d'énergie (baptisée sombre), dont une des caractéristiques principales serait d'avoir une pression négative, qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle répulsive. Du fait de sa nature répulsive, l'énergie sombre a tendance à accélérer l'expansion de l'Univers, plutôt que la ralentir, comme le fait la matière « normale ». Un Univers accélérant est exactement ce que l'on constate en observant les supernovas les plus lointaines. D'une manière remarquable, ces observations semblent indiquer que l'énergie sombre doit représenter environ 70 % de la densité d'énergie totale de l'Univers.

Implication future

Si l'énergie sombre continue de dominer la balance énergétique de l'Univers, l'expansion observée de l'espace va continuer à accélérer. Les structures qui ne sont pas liées gravitationnellement finiront par s'éloigner les unes des autres à des vitesses apparentes supérieures à celle de la lumière. Ainsi, cette accélération nous empêchera finalement d'observer des portions importantes de l'Univers qui sont aujourd'hui visibles ; notre horizon cosmologique, plutôt que de reculer, finira par se rapprocher de nous. Si la densité de l'énergie sombre n'augmente pas, l'existence des systèmes liés par la gravitation, tels les galaxies ou les systèmes planétaires, n'est pas menacée. Ainsi le système solaire ou la Voie lactée demeureront essentiellement identiques à ce qu'ils sont aujourd'hui, alors que le reste de l'Univers, au-delà de notre super-amas local, semblera s'éloigner constamment. En revanche, si l'énergie sombre augmente avec le temps, on se retrouve dans un scénario de type Big Rip, où toute la matière de l'Univers, jusque dans ses atomes mêmes, se désintégrerait, laissant un Univers infini et totalement vide. Finalement, l'énergie sombre pourrait se diluer avec le temps, voire s'inverser. Les incertitudes sur les observations laissent la porte ouverte sur le fait que la gravité puisse un jour dominer un Univers, qui se contracterait alors sur lui-même et disparaîtrait dans un Big Crunch. Ce scénario est néanmoins considéré comme le moins probable. En mai 2004, la publication de travaux réalisés avec le satellite Chandra et consistant à mesurer les distances de 26 amas de galaxies lointains semblent confirmer que l'expansion a commencé à accélérer il y a 6 milliards d'années, et que l'énergie sombre semble rester constante, ou alors varie très lentement. Ces résultats sont toutefois en désaccord avec ceux obtenus par le satellite européen XMM-Newton. Cela est compatible avec l'existence d'une constante cosmologique et rend le scénario du Big Crunch très improbable.