Accélération de l'expansion de l'Univers

[Arn99De]

Bonjour,

On sait aujourd'hui que l'Univers est en expansion, et ce de manière exponentielle: l'expansion de l'Univers est plus importante aujourd'hui qu'hier, et elle le sera plus demain. C'est la force d'attraction gravitionnelle qui contrebalance cette expansion - mais sans pour autant l'arrêter. Il me semble qu'on n'arrive pas à expliquer cette expansion toujours plus forte. Pourtant comme l'attraction gravitationnelle est une force qui décroît avec la distance, il me semble qu'à mesure que les galaxies s'éloignent les unes des autres elles devraient de moins en moins s'attirer, et ainsi retenir de moins en moins l'expansion, ce qui expliquerait l'expansion toujours plus forte.
Pourquoi n'est-ce pas cette justification simple qui explique ledit phénomène?

Merci d'avance pour vos réponses.
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[Gilgamesh]

Bonjour,

On sait aujourd'hui que l'Univers est en expansion, et ce de manière exponentielle: l'expansion de l'Univers est plus importante aujourd'hui qu'hier, et elle le sera plus demain. C'est la force d'attraction gravitionnelle qui contrebalance cette expansion - mais sans pour autant l'arrêter. Il me semble qu'on n'arrive pas à expliquer cette expansion toujours plus forte. Pourtant comme l'attraction gravitationnelle est une force qui décroît avec la distance, il me semble qu'à mesure que les galaxies s'éloignent les unes des autres elles devraient de moins en moins s'attirer, et ainsi retenir de moins en moins l'expansion, ce qui expliquerait l'expansion toujours plus forte.
Pourquoi n'est-ce pas cette justification simple qui explique ledit phénomène?

Merci d'avance pour vos réponses.

Le terme d'accélération ne doit pas tromper (bien qu'il soit je le reconnais très trompeur) : le taux d'expansion H diminue de façon ininterrompu depuis l'origine.

Dans le modèle standard l'énergie sombre est modélisée comme une constante cosmologique.
Le taux d'expansion au redshift z (indicateur de temps) est donnée par la formule:



avec :
H₀ la valeur du taux d'expansion actuel, ce qu'on appelle la "constante de Hubble"
la densité de matière aujourd'hui (0.27),
la densité d'énergie sombre aujourd'hui (0.73).

Ces densités sont données en fraction de la densité critique de l'univers.

z est le redshift cosmologique, cad le décalage en longueur d'onde qui nous parvient des espaces jeunes et lointains. Il a l'immense avantage d'être une observables : il se mesure directement sur le spectre des galaxies lointaines et il est en même temps un indicateur direct et exact de la taille de l'univers via la relation :



avec :
a₀ le facteur d'échelle de l'univers aujourd'hui
a le facteur d'échelle de l'univers au temps t

Le facteur d'échelle c'est la distance qui séparent deux points quelconques (suffisamment éloigné pour ne pas être lié par la gravité) de coordonnée fixe, c'est à dire sans mouvement propre. Tu peux remplacer "facteur d'échelle" par "taille de l'univers" si tu veux et tu vois que le 1+z dans la première équation est un indicateur direct de la taille de l'univers, et donc de son âge.

z = 0 aujourd'hui a = a0
z -> +oo à l'origine a ->0


Sous la racine du as deux termes :
* le premier est le terme de densité de matière. Il est en (1+z)³, donc en a^-3 : la matière se dilue dans un volume croissant, c'est logique.

* le second est le terme de constante cosmologique. Il n'y a pas de facteur 1+z à une puissance quelconque associé : cela signifie que c'est constant.


Quand z est grand, donc que l'univers petit, le terme de densité de matière est grand devant le terme constant de la constante cosmologique, et on peut négliger ce dernier quand on calcul l'évolution de H, qui est t^-2/3.

Quand z devient suffisamment petit, on se rapproche d'aujourd'hui et la matière est tellement diluée que la valeur de sa densité devient commensurable avec le terme de densité (constante) de la constante cosmologique.

Le rajout de ce terme fait que la décroissance du taux d'expansion H devient plus lente jusqu'à devenir constante et c'est cette rupture de pente tendant vers l'horizontal de la décroissance de H que l'on appel accélération de l'expansion !

[Garion]

Merci, c'est fort bien expliqué, je viens enfin de vraiment comprendre pourquoi une constante cosmologique ne pourra pas disloquer les petites structures à l'échelle de l'atome contrairement à la quintessence.

[Gilgamesh]

Merci, c'est fort bien expliqué, je viens enfin de vraiment comprendre pourquoi une constante cosmologique ne pourra pas disloquer les petites structures à l'échelle de l'atome contrairement à la quintessence.

Parce que le taux d'expansion devient constant et plus petit que tous ceux mesuré jusqu'alors. S'il ne pouvait disloquer les atomes de notre temps, il le pourra moins encore quand la matière ne contribuera plus à faire varier H.

Autrement ce n'est pas une "cte cosmo" de type quintessence qui ménerait au Big Rip, mais une "cte cosmo" de type énergie fantôme. Dans cette hypothèse, la pression P engendré obéit à une équation d'état exotique de type

P = w rho avec w<-1

rho étant la densité d'énergie

Dans ce cas il y a emballement de l'expansion de l'Univers, à savoir que le facteur d'échelle a va tendre vers l'infini en un temps fini (ce qui reconnaissons le n'est pas banal, pour ne pas dire suspect).

[A voir en vidéo sur Futura]