Les chercheurs ont découvert un moyen possible de détecter et de mesurer l'énergie noire en étudiant le mouvement entre la Voie lactée et la galaxie d'Andromède. La technique, qui en est encore à ses débuts, permet d'estimer une limite supérieure de la constante cosmologique, un modèle simple de l'énergie noire, cinq fois supérieure à la valeur déterminée pour l'univers primitif.
Les scientifiques ont utilisé des galaxies très lointaines pour étudier l’énergie noire depuis sa découverte à la fin des années 1990, mais ne l’ont pas encore détectée directement. Cependant, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont découvert qu’en étudiant la manière dont la galaxie d’Andromède et la Voie lactée se rapprochent compte tenu de leur masse commune, ils pourraient fixer une limite supérieure à la valeur de la constante cosmologique, le modèle le plus simple d’énergie noire. La limite supérieure qu’ils ont trouvée est cinq fois supérieure à la valeur de la constante cosmologique pouvant être détectée depuis l’univers primitif.
Bien que la technologie en soit encore à ses premiers stades de développement, il pourrait être possible de détecter l’énergie noire en étudiant notre propre voisinage cosmique, affirment les chercheurs. Les résultats ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.
Tout ce que nous pouvons voir dans notre monde et dans le ciel – des minuscules insectes aux galaxies géantes – ne représente que cinq pour cent de l’univers observable. Le reste est constitué de matière noire : les scientifiques estiment qu’environ 27 % de l’univers est constitué de matière noire, qui maintient les objets ensemble, tandis que 68 % sont constitués d’énergie noire, qui sépare les objets.
L'auteur principal, le Dr David Benisti, du Département de mathématiques appliquées et de physique théorique, a déclaré : « L'énergie noire est un terme générique désignant une famille de modèles qui peuvent être ajoutés à la théorie de la gravité d'Einstein. Sa version la plus simple est connue sous le nom de constante cosmologique : une densité d'énergie constante qui éloigne les galaxies les unes des autres. »
La constante cosmologique était un ajout improvisé par Einstein dans sa théorie de la relativité générale. Des années 1930 aux années 1990, la constante cosmologique a été fixée à zéro jusqu'à ce qu'une force inconnue – l'énergie noire – soit découverte, qui provoquait l'accélération de l'expansion de l'univers. Cependant, l’énergie noire pose au moins deux problèmes majeurs : nous ne savons pas de quoi il s’agit et nous ne l’avons pas directement détectée.
Les astronomes ont développé diverses méthodes pour détecter l’énergie noire depuis sa découverte, la plupart impliquant l’étude des objets de l’univers primitif et la mesure de la rapidité avec laquelle ils s’éloignent de nous. Décrypter les effets de l’énergie noire il y a des milliards d’années n’est pas une tâche facile : l’énergie noire étant une force faible entre les galaxies, elle est facilement vaincue par des forces beaucoup plus fortes au sein des galaxies.
Cependant, il existe une région de l’univers qui est étonnamment sensible à l’énergie noire, et elle se trouve juste dans notre arrière-cour cosmique. Andromède est la galaxie la plus proche de notre Voie Lactée et les deux galaxies sont en collision. À mesure que la distance se rapproche, les deux galaxies commenceront à orbiter l’une autour de l’autre – très lentement. Une orbite prend 20 milliards d'années. Cependant, en raison de l’immense gravité, les deux galaxies commenceront à fusionner et à entrer en collision avant que leurs orbites individuelles ne soient terminées, dans environ 5 milliards d’années.
Benisti a déclaré : "Andromède est la seule galaxie qui n'est pas loin de nous, donc en étudiant sa masse et son mouvement, nous pourrons peut-être porter des jugements sur la constante cosmologique et l'énergie sombre."
Benisti et ses co-auteurs - le professeur Anne Davis du DAMTP et le professeur Wyn Evans de l'Institut d'astronomie - ont mené une série de simulations basées sur les meilleures estimations des masses des deux galaxies et ont découvert que l'énergie noire affecte l'interaction d'Andromède et de la Voie lactée.
"L'énergie noire affecte chaque paire de galaxies : la gravité veut rapprocher les galaxies, tandis que l'énergie noire les sépare", a déclaré Benisti. "Dans notre modèle, si nous modifions la valeur de la constante cosmologique, nous pouvons voir comment cela modifie les orbites des deux galaxies. Sur la base de leurs masses, nous pouvons déterminer une limite supérieure de la constante cosmologique, qui est environ cinq fois supérieure à celle que nous mesurons ailleurs dans l'univers."
Bien que cette technique puisse s'avérer très utile, elle ne peut pas détecter directement l'énergie noire, affirment les chercheurs. Les données du télescope James Webb (JWST) fourniront des mesures plus précises de la masse et du mouvement d'Andromède, ce qui contribuera à abaisser la limite supérieure de la constante cosmologique.
De plus, en étudiant d’autres paires de galaxies, il sera possible d’affiner davantage cette technique et de déterminer comment l’énergie noire affecte notre univers. "L'énergie noire est l'un des plus grands mystères de la cosmologie. Ses effets peuvent varier en fonction de la distance et du temps, mais nous espérons que cette technique pourra aider à résoudre ce mystère", a déclaré Benisti.