Un nouveau type d'énergie noire pourrait résoudre le mystère de l'expansion de l'Univers - mais un beau débat en ce moment.

La science progresse par le débat sur l'interprétation des données :  un  débat à coup de conférences et de publications scientifiques.

Un nouvel exemple de de débat scientifique - relancé par  de  nouvelles données, montre bien comment se construisent les savoirs :  d'âpres débats, des idées qui s'entrechoquent (et parfois des ego aussi, ce sont des humain.e.s). Ce débat se fait à coup de conférences et de publications scientifiques pour finalement conduire à un consensus- parfois après des années.
C'est alors qu'il finit par percoler dans les savoirs scolaires.  C'est difficile de faire part aux élèves de ces turbulences qui sont pourtant le (un des) sel de la vie de chercheur.e.  Comme si on craignait que les élèves aient moins confiance dans la  science qu'on leur donne à apprendre si elle paraissant moins définitive…  C'est ainsi qu'on donne souvent aux élèves une vision de la science comme si elle était définitive (Chevallard, 1991).

JTS donne  à voir ici une de ces belles zones de turbulence d'idées qui agite l'astrophysique. encourage le lecteur à aller vérifier dans la  publication article d'origine :  ici

Chacun choisira  de la garder pour son usage personnel ou de la partager avec ses élèves à sa manière.

Un nouveau type d'énergie noire pourrait résoudre le mystère de l'expansion de l'Univers

Des indices d'une forme primordiale de la matière noire auparavant inconnue pourraient expliquer pourquoi le cosmos semble maintenant s'étendre plus rapidement que ne le prédit la théorie. encourage le lecteur à aller vérifier dans la  publication article d'origine :  ici

Fig 1: Les données du télescope cosmologique d'Atacama suggèrent l'existence de deux types d'énergie noire au tout début de l'Univers  [img]. Source : Giulio Ercolani/Alamy in Castelvecchi, D. (2021).

Les cosmologistes ont découvert des signes qu'un deuxième type d'énergie noire – la substance omniprésente mais énigmatique qui pousse l'expansion actuelle de l'Univers à s'accélérer – aurait pu exister au cours des 300 000 premières années après le Big Bang.

Deux études distinctes – toutes deux publiées sur le serveur de preprint arXiv la semaine dernière (Hill, et al. (2021) ici,  Poulin, et al (2021) ici)– ont détecté une première trace provisoire de cette « énergie sombre précoce » dans les données collectées entre 2013 et 2016 par le télescope de cosmologie d'Atacama (ACT) au Chili. Si les résultats sont confirmés, ils pourraient aider à résoudre une énigme de longue date entourant les données sur l'Univers primitif, qui semblent être incompatibles avec le taux d'expansion cosmique mesuré aujourd'hui.
Mais les données sont préliminaires et ne montrent pas avec certitude si cette forme d'énergie noire a réellement existé.

"Il y a un certain nombre de raisons d'être prudent avant de considérer cela comme la découverte d'une nouvelle physique", explique Silvia Galli, cosmologiste à l'Institut d'astrophysique de Paris.

Les auteurs des deux prépublications admettent que les données ne sont pas encore assez solides pour détecter l'énergie sombre précoce avec une grande confiance. Mais ils disent que d'autres observations de l'ACT et d'un autre observatoire, le télescope du pôle Sud en Antarctique, pourraient bientôt fournir un test plus rigoureux. "Si cela est effectivement vrai - si l'Univers primitif comportait vraiment une énergie sombre précoce - alors nous devrions voir un signal fort", déclare Colin Hill, co-auteur de l'article de l'équipe ACT1 et cosmologue à l'Université Columbia à New York. Ville.

L'ACT et le télescope du pôle Sud sont tous deux conçus pour cartographier le fond diffus cosmologique (CMB), un rayonnement primordial parfois décrit comme la rémanence du Big Bang. Le CMB est l'un des piliers de la compréhension de l'Univers par les cosmologistes. En cartographiant les variations subtiles du CMB dans le ciel, les chercheurs ont trouvé des preuves convaincantes du « modèle standard de la cosmologie ». Ce modèle décrit l'évolution d'un Univers contenant trois ingrédients principaux : l'énergie noire ; la matière noire tout aussi mystérieuse, qui est la cause principale de la formation des galaxies ; et la matière ordinaire, qui représente moins de 5 % de la masse et de l'énergie totales de l'Univers.

Les cartes CMB à la pointe de la technologie ont été fournies par la mission Planck de l'Agence Spatiale Européenne, active entre 2009 et 2013. Les calculs basés sur les données de Planck prédisent — en supposant que le modèle standard de cosmologie est correct — exactement à quelle vitesse l'Univers devrait s'étendre maintenant. Mais depuis une dizaine d'années, des mesures de plus en plus précises de cette expansion, basées sur des observations d'explosions de supernova et d'autres techniques, ont montré qu'elle était 5 à 10 % plus rapide.

À quelle vitesse l'Univers s'étend-il ?
Les cosmologues débattent diverses adaptations des modèles

On voit qu'un modèle n'est pas définitif et est modifié pour prendre en compte les  nouvelles données

Les théoriciens ont suggéré une pléthore de modifications au modèle standard qui pourraient expliquer cette différence. Il y a deux ans, le cosmologiste Marc Kamionkowski de l'Université Johns Hopkins de Baltimore, Maryland, et ses collaborateurs ont suggéré un ingrédient supplémentaire pour le modèle standard. Leur «énergie sombre précoce» – qui précisait une idée sur laquelle eux et d'autres équipes travaillaient depuis plusieurs années – serait une sorte de fluide qui imprégnait l'Univers avant de disparaître quelques centaines de milliers d'années après le Big Bang. "Ce n'est pas un argument convaincant, mais c'est le seul modèle que nous pouvons utiliser", explique Kamionkowski. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

L'énergie noire précoce n'aurait pas été assez puissante pour provoquer une expansion accélérée, comme le fait actuellement l'énergie noire «ordinaire». Mais cela aurait provoqué le refroidissement plus rapide du plasma qui a émergé du Big Bang qu'il ne l'aurait fait autrement. Cela affecterait la façon dont les données CMB devraient être interprétées, en particulier en ce qui concerne les mesures de l'âge de l'Univers et de son taux d'expansion, basées sur la distance que les ondes sonores ont pu parcourir dans le plasma avant qu'il ne se refroidisse en gaz. Planck et des observatoires similaires utilisent des caractéristiques qui ont été laissées dans le ciel après cette transition pour effectuer de tels calculs.

Les deux dernières études constatent que la carte de l'ACT de la polarisation du CMB correspond mieux à un modèle incluant l'énergie sombre précoce qu'avec le modèle standard. Interpréter le CMB sur la base du premier modèle d'énergie noire et des données ACT signifierait que l'Univers a maintenant 12,4 milliards d'années, soit environ 11% plus jeune que les 13,8 milliards d'années calculés à l'aide du modèle standard, explique Hill. En conséquence, l'expansion actuelle serait a peu près 5% plus rapide que le modèle standard ne le prédit - plus proche de ce que les astronomes calculent aujourd'hui. Des incohérences subsistent Hill dit qu'il était auparavant sceptique quant à l'énergie sombre précoce et que les découvertes de son équipe l'ont surpris. Vivian Poulin, astrophysicienne à l'Université de Montpellier en France et co-auteur de la deuxième étude2 basée sur les données ACT, a déclaré qu'il était rassurant que l'analyse de son équipe concorde avec celle de l'équipe ACT. « Les auteurs principaux sont des personnes très, très solides et prudents, qui comprennent vraiment les données et les mesures », explique Kamionkowski. Mais Galli prévient que les données ACT semblent être incompatibles avec les calculs de l'équipe Planck, dont elle faisait partie. Et bien que les données de polarisation de l'ACT puissent favoriser l'énergie sombre précoce, il n'est pas clair si son autre grand ensemble de données - sa carte des températures du CMB - montre une telle préférence. Pour ces raisons, ajoute-t-elle, il sera crucial de recouper les résultats à l'aide du télescope du pôle Sud, une expérience à laquelle elle participe. Wendy Freedman, astronome à l'Université de Chicago dans l'Illinois qui a contribué à certaines des mesures les plus précises de l'expansion cosmique, dit que les résultats basés sur l'ACT sont intéressants, même s'ils sont préliminaires. « Il est important de poursuivre différents modèles » et de les comparer avec le modèle standard, dit-elle.
Traduction de Castelvecchi, D. (2021)

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Références:

• Castelvecchi, D. (2021). New type of dark energy could solve Universe expansion mystery. Nature, 597(7877), 460‑461. https://doi.org/10.1038/d41586-021-02531-5
• Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 lre). La Pensée sauvage.
  
• Poulin, V., Smith, T. L., Karwal, T., & Kamionkowski, M. (2019). Early Dark Energy can Resolve the Hubble Tension. Physical Review Letters, 122(22), 221301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.221301
  Hill, J. C., Calabrese, E., Aiola, S., Battaglia, N., Bolliet, B., Choi, S. K., Devlin, M. J., Duivenvoorden, A. J., Dunkley, J., Ferraro, S., Gallardo, P. A., Gluscevic, V., Hasselfield, M., Hilton, M., Hincks, A. D., Hlozek, R., Koopman, B. J., Kosowsky, A., La Posta, A., … Xu, Z. (2021). The Atacama Cosmology Telescope : Constraints on Pre-Recombination Early Dark Energy. arXiv:2109.04451 [astro-ph, physics:gr-qc, physics:hep-ph]. http://arxiv.org/abs/2109.04451
• Poulin, V., Smith, T. L., & Bartlett, A. (2021). Dark Energy at early times and ACT : A larger Hubble constant without late-time priors. arXiv:2109.06229 [astro-ph, physics:hep-th]. http://arxiv.org/abs/2109.06229