Juste après le Big Bang, dans une période s'étendant de 10-43 à 10-35 seconde après un hypothétique « temps zéro » de l'univers observable, les chercheurs ont de bonnes raisons de penser que l'expansion de l'univers a subi une très forte accélération transitoire. Cette brève période de temps s'appelle l'inflation, et elle serait une conséquence d'une nouvelle physique, comme celle de la gravitation quantique ou des théories de grande unification (Gut). Très fortement dilaté, l'univers observable aurait continué son expansion, mais en gardant dans le rayonnement fossile la mémoire de cette phase d'inflation. © Rhys Taylor, Cardiff University

Sciences

Modèle cosmologique standard

DéfinitionClassé sous :Univers , big bang , relativité générale

Le modèle cosmologique standard est la description effective à grande échelle de l'univers observable la plus précise à ce jour. C'est dans son cadre que l'on tente de comprendre l'origine et l'évolution de la matière à l'échelle des galaxies et des amas de galaxies. Cette matière, décrite par le modèle standard de la physique des particules, évolue dans un espace-temps classique, décrit par les équations de la relativité générale.

En supposant que l'univers observable est identique pour tous les observateurs qu'il contient en tout lieu et dans toutes les directions à l'échelle des amas de galaxies (hypothèses d'homogénéité et d'isotropie), on déduit des équations de la relativité générale un modèle cosmologique relativiste de l'espace-temps couplé à des distributions de matière et d'énergie. Ce modèle fait partie d'une solution des équations d'Einstein connue sous le nom de métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Cette solution décrit un espace en expansion au cours du temps. Elle est donc à la base de la théorie du Big Bang.

En utilisant divers moyens d'observation (le rayonnement fossile, les supernovae SN Ia ou encore l'abondance des éléments légers et le comportement des galaxies dans les amas), on peut mesurer différents paramètres dits cosmologiques. Ces paramètres permettent de déterminer la forme et le contenu de l'univers observable. On sait aujourd'hui que celui-ci est âgé de 13,82 milliards d'années et qu'il est en expansion accélérée, car une mystérieuse énergie noire domine sa densité avec une part estimée à 68,3 %. Le reste est constitué de baryons (de la matière normale), mais aussi à 26,8 % de matière noire dont on ignore la nature. La géométrie de l'espace semble très proche de la platitude, en accord avec la théorie de l'inflation.

Pour beaucoup, mais pas tous, le modèle cosmologique standard inclut aussi la théorie de l'inflation. Elle a fait beaucoup de prédictions couronnées de succès, mais on ne dispose pas encore d'une véritable preuve de sa valeur. La théorie de la relativité générale classique prédit l'apparition d'une singularité de l'espace-temps. Ce qui peut signifier l'existence d'un véritable début de l'espace-temps, pour un contenu en matière et en énergie de notre univers assez générique. En fait, il s'agit surtout d'une limite de la théorie d'Einstein, qui ne pourrait être complétée qu'en utilisant une version quantique de la gravitation. Cette théorie quantique de la gravitation est en chantier. Elle sort de toute façon du cadre de la cosmologie standard.