En 1998, deux équipes menées par Saul Perlmutter et Adam Riess montrent que l’expansion de l’Univers est en train d’accélérer. Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer ce phénomène, notamment l’énergie sombre. Cependant, la nature de cette énergie sombre est encore inconnue, et divers candidats ont été proposés pour l’expliquer. Récemment, des chercheurs ont fait resurgir une ancienne hypothèse, les GEODE, et en ont donné la potentielle localisation dans l’Univers.

Une équipe de chercheurs de l’Université d’Hawaï à Mānoa a avancé une nouvelle hypothèse : l’énergie sombre responsable de cette expansion accélérée proviendrait d’une vaste mer d’objets compacts répartis dans les vides entre les galaxies. Cette conclusion fait partie d’une nouvelle étude publiée dans la revue The Astrophysical Journal.

Au milieu des années 1960, les physiciens ont d’abord suggéré que l’effondrement stellaire ne devrait pas former de véritables trous noirs, mais plutôt former des objets génériques d’énergie sombre (GEODE). Contrairement aux trous noirs, les GEODE n’impliquent pas de singularité dans les équations d’Einstein.

Trous noirs et GEODE : un comportement similaire ?

Au lieu de cela, une couche en rotation entoure un noyau d’énergie sombre. Vu de l’extérieur, les GEODE et les trous noirs apparaissent pour la plupart les mêmes, même lorsque les ondes gravitationnelles issues de leurs collisions sont mesurées par des observatoires d’ondes gravitationnelles.

Parce que les GEODE imitent les trous noirs, on a supposé qu’ils se déplaçaient dans l’espace de la même manière que les trous noirs. « Cela devient un problème si vous voulez expliquer l’expansion accélérée de l’univers », a déclaré Kevin Croker, chercheur au Département de physique et d’astronomie de l’UH Mānoa.

« Même si nous avons prouvé l’année dernière que les GEODE, en principe, pouvaient fournir l’énergie sombre nécessaire, beaucoup de GEODE anciens et massifs seraient impliqués. S’ils se déplaçaient comme des trous noirs, en restant près de la matière visible, des galaxies comme notre Voie lactée auraient été perturbées ».

Une répulsion mutuelle vers les vides galactiques

Les chercheurs ont découvert que la couche tournante autour de chaque GEODE détermine comment ils se déplacent les uns par rapport aux autres. Si leurs couches externes tournent lentement, les GEODE s’agglutinent plus rapidement que les trous noirs. C’est parce que les GEODE gagnent en masse grâce à la croissance de l’Univers lui-même.

Pour les GEODE avec des couches qui tournent à des vitesses proches de celle de la lumière, cependant, le gain de masse devient dominé par un effet différent et les GEODE commencent à se repousser. « La dépendance vis-à-vis du spin était vraiment assez inattendue. Si elle était confirmée par l’observation, ce serait une classe de phénomène entièrement nouvelle ».

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formation geode

Le scénario de formation des GEODE ne modifie pas le modèle cosmologique standard. Dans ce schéma, l’Univers croît de gauche à droite ; les zones bleues correspondent à la matière ; les GEODE se forment dans les zones bleues puis migrent rapidement vers les espaces noirs vides. Crédits : Volker Springel

L’équipe a résolu les équations d’Einstein en supposant que bon nombre des étoiles les plus anciennes, qui sont nées lorsque l’Univers avait moins de 2% de son âge actuel, ont formé des GEODE lorsqu’elles sont mortes. Alors que ces anciens GEODE se nourrissaient d’autres étoiles et d’abondants gaz interstellaires, ils ont commencé à tourner très rapidement. Une fois en rotation suffisamment rapide, la répulsion mutuelle des GEODE a amené la plupart d’entre eux à s’éloigner dans des régions qui finiraient par devenir les vides entre les galaxies actuelles.

Sur le même sujet : Taux d’expansion de l’Univers : les mesures impliquant le fond diffus cosmologique sont correctes

Une hypothèse cohérente avec les observations actuelles

Cette étude soutient la position selon laquelle les GEODE peuvent résoudre le problème de l’énergie noire tout en restant en harmonie avec différentes observations sur de grandes distances. Les GEODE restent à l’écart des galaxies actuelles, donc ils ne perturbent pas les systèmes stellaires de la Voie lactée.

Le nombre de GEODE antiques nécessaires pour résoudre le problème de l’énergie noire est cohérent avec le nombre d’étoiles anciennes. Les GEODE ne perturbent pas la distribution des galaxies dans l’espace car elles se séparent de la matière lumineuse avant qu’elle ne forme les galaxies actuelles. Enfin, elles n’affectent pas directement les ondulations de la rémanence du Big Bang, car elles sont nées d’étoiles mortes, des centaines de millions d’années après la libération du rayonnement de fond cosmique.

Les chercheurs étaient prudemment optimistes quant à leurs résultats. « On pensait que, sans détection directe de quelque chose de différent d’une signature Kerr par LIGO-Virgo, on ne serait jamais en mesure de dire que les GEODE existent ». Maintenant que les chercheurs comprennent mieux cette solution aux équations d’Einstein, ils peuvent désormais tourner les instruments d’observation vers leur hypothèse.

Sources : The Astrophysical Journal

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