Pourquoi l'expansion de l'univers accélère-t-elle ?

Pendant la plus grande partie du XXe siècle, les scientifiques pensaient que l'expansion de l'univers ralentissait. Chaque galaxie attire toutes les autres par gravité, et la gravité devrait agir comme un frein, donc l'expansion amorcée par le Big Bang devrait peu à peu décélérer. Dans les années 1990, deux équipes rivales ont voulu mesurer ce freinage. Elles ont suivi un type particulier d'étoile qui explose, la supernova de type Ia. Son pic de luminosité est presque toujours le même, donc son éclat apparent indique à quelle distance elle se trouve.

Les deux équipes ont obtenu l'inverse de ce qu'elles attendaient. Les supernovae lointaines étaient plus faibles, donc plus éloignées, que ce qu'un univers en décélération pouvait expliquer. Annoncé en 1998, le résultat signifiait que l'expansion de l'univers ne ralentit pas : elle accélère. Trois des scientifiques à l'origine de cette découverte, Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess, ont ensuite partagé le prix Nobel de physique 2011 pour ce travail.

Quelque chose doit pousser l'espace à s'écarter pour provoquer cette accélération, et les scientifiques l'appellent l'énergie noire. La meilleure estimation actuelle indique que l'énergie noire représente 68 % de tout ce que contient l'univers, plus que la matière ordinaire et la matière noire réunies. Pourtant, elle est extrêmement diffuse. Elle domine seulement parce qu'elle remplit tout l'espace de façon uniforme. Ce qu'est réellement l'énergie noire reste inconnu ; le principal candidat porte le nom de constante cosmologique.

Cette idée n'est pas nouvelle. Einstein avait inventé une constante cosmologique dès 1917, non pas pour expliquer une accélération, mais pour forcer ses équations à décrire un univers statique et immuable, car sans elle, ses calculs prédisaient une expansion ou un effondrement. Il l'a qualifiée de « chose laide » et l'a abandonnée dès que Hubble a montré que l'univers était réellement en expansion. Ce n'est qu'en 1998, des décennies plus tard, que les scientifiques ont ressorti le même terme mathématique, cette fois pour expliquer pourquoi cette expansion n'arrête pas d'accélérer.