L’univers aura -t-il d’autres choix que s’ étendre indéfiniment et de façon accélérée (Big Bang) ou retomber sur lui-même et disparaître (Big Crunch.) ?
Deux physiciens théoriciens proposent une autre perspective. L’univers n’aura jamais de fin .
Dans une étude visant à définir la nature de la mystérieuse « énergie noire » qui obligerait l’univers à s’étendre indéfiniment et de plus en plus vite, ces auteurs considèrent que l’expansion ne peut pas être un postulat. Ils considèrent au contraire que l’énergie noire pourrait périodiquement s’éteindre et se rallumer, telle une lampe, obligeant le cosmos à parfois se dilater, parfois à se contacter avant de s’éteindre, jusqu’à se rallumer dans un nouveau Big Bang, sous la forme d’un nouvel univers.
Pour le moment notre univers est dans une période d’inflation accélérée. La cause de celle-ci est mal comprise. On parle d’énergie noire ( dark energy.) Si l’accélération persiste, l’univers disparaîtra, toute matière et énergie se dispersant.
Cela ne serait pas la première fois. Aux premiers instants précédant le Big Bang, les énergies et les densités étaient si extrêmes que la science ne pouvait les décrire. On a parlé de Singularité, un point d’infinie densité résistant à toute analyse mathématique. A partir de celle-ci, l ‘univers a connu une expansion rapide dite « inflation », elle aussi indescriptible par la science.
Les astronomes se sont longtemps demandé s’il y avait un lien quelconque entre ces deux périodes, d’inflation accélérée et de contraction, et si une entité qui échapperait à l’une et à l’autre pourrait éviter le problème de la singularité du Big Bang.
Deux physiciens théoriciens, dans une étude preprint dont on trouvera ci-dessous les références et le sommaire, examinent un modèle de l’univers où l’énergie noire a toujours joué un rôle. Dans ce cas, l’énergie noire dilaterait l’univers jusqu’à ce qu’il atteigne une certaine taille. A ce stade, elle se transformerait, obligeant l’univers à se re-contracter jusqu’à atteindre de nouveau une période extrêmement rapide d’inflation et ceci indéfiniment.
Ils ont recherché et trouvé un modèle d’énergie noire qui satisfasse à cette double contrainte. Mais dans celui-ci la matière et la radiation ne peuvent être présentes dans l’univers primitif, sinon elles empêcheraient l’inflation. Par contre elles pourraient apparaître juste après l’inflation. Une partie de l’énergie noire se dissiperait, ce qui inonderait l’univers de lumière et de matière.
Les chercheurs n’ont pas encore trouvé de modèles d’énergie noire qui satisfassent aux contraintes ainsi définies. Mais ils s’efforceront de le faire dès que possible.
Référence
[Submitted on 7 Feb 2023 (v1), last revised 18 May 2023 (this version, v2)]
Bouncing cosmology from nonlinear dark energy with two cosmological constants
We explore the dynamics of FLRW cosmologies which consist of dark matter, radiation and dark energy with a quadratic equation of state. Standard cosmological singularities arise due to energy conditions which are violated by dark energy, therefore we focus our analysis on non-singular bouncing and cyclic cosmologies, in particular focusing on the possibility of closed models always having a bounce for any initial conditions. We analyse the range of dynamical behaviour admitted by the system, and find a class of closed models that admit a non-singular bounce, with early- and late-time accelerated expansion connected by a decelerating phase. In all cases, we find the bouncing models are only relevant when dark matter and radiation appear at a certain energy scale, and so require a period such as reheating. We then investigate imposing an upper bound on the dark matter and radiation, such that their energy densities cannot become infinite. We find that bounces are always the general closed model, and a class of models exist with early- and late-time acceleration, connected by a decelerating phase. We also consider parameter values for the dark energy component, such that the discrepancy between the observed value of Λ and the theoretical estimates of the contributions to the effective cosmological constant expected from quantum field theory would be explained. However, we find that the class of models left does not allow for an early- and late-time accelerated expansion, connected by a decelerating period where large-scale structure could form. Nonetheless, our qualitative analysis serves as a basis for the construction of more realistic models with realistic quantitative behaviour.
Europe Solidaire 