Ecole de Luminy 2008 (situation)

Aujourd’hui, les observations astronomiques nous montrent qu’un modèle d’univers de Friedmann avec une constante cosmologique non nulle est le plus à même de rendre compte des données. La dynamique de l’expansion à grande échelle qui lui est associée témoigne d’une phase d’accélération pérenne ayant pris naissance dans notre passé, il y a environ quatre à cinq milliards d'années. Bien qu’inhérente à la théorie relativiste de la gravitation, c’est l'une des découvertes les plus importantes de cette décennie; elle met en évidence une constante fondamentale supplémentaire pour comprendre les lois physiques.

Son interprétation fait encore débat, comme le témoigne le dénommé « problème de la constante cosmologique ». Il résulte de l’association de cette constante à une densité d’ « énergie du vide quantique ». Dans ce contexte, ce dernier est source de créations perpétuelles de paires particule-antiparticule qui se désintègrent aussitôt. On attribuerait à ce phénomène l’origine d’une pression dans le fluide cosmologique qui ferait gonfler l’espace. Eventuellement liées à une motivation similaire, des approches de diverses natures ont sollicité l’étude des alternatives à l’utilisation d’une constante cosmologique. C’est l’objectif principal de cette école, qui se voudra fédérateur dans la communauté.

Associées ou pas à une source gravitationnelle additionnelle, on adopte le néologisme « énergie noire » pour identifier une contribution autre que celle de la radiation cosmologique et de la matière à la dynamique de l’expansion cosmologique. Une multitude de questions émergent de cette problématique, telle que sa nature, sa dépendance temporelle et le lien avec la matière noire. Dans cette quête, on trouve par exemple des études qui prennent en compte des champs quantiques, par leur apport comme source gravitationnelle ou encore par l’influence de dimensions supplémentaires d’une théorie plus générale. A l’autre extrême, on envisage aussi que la constante cosmologique pallie les effets résultants des inhomogénéités observées dans la répartition des sources gravitationnelles dans un modèle d’univers homogène et isotrope. Des observations de natures diverses telles que les supernovæ (diagramme de Hubble), les lentilles gravitationnelles, la forêt Lyman alpha (oscillations acoustiques baryoniques), les amas de galaxies, l’analyse du milieu intergalactique et les fluctuations de température du fond diffus cosmologique, apportent un support matériel à cette étude.

Le problème d’estimer la contribution de l’énergie noire dans la phase primordiale de l’expansion cosmologique se pose aussi naturellement. Corrélativement, la synergie avec les recherches du boson de Higgs au LHC pourrait permettre de montrer l’existence d'autres champs scalaires, qui auraient une contribution importante en cosmologie durant l’ère primordiale. Il est clair qu’étant donnée leur nature fondamentale, l’intérêt pour ces recherches s’étend bien au delà de l'astrophysique, et il n’est pas à exclure que l’on doive avoir recours à une théorie quantique de la gravitation.

Cette école se donne comme objectif d'offrir à la communauté un panorama complet et critique des modèles d’énergie noire ainsi que les derniers développements observationnels liés à cette problématique.