Voir la source de Modèle standard de la cosmologie

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Le '''modèle standard de la cosmologie'''{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}modèle standard de la cosmologie|p=482, {{col.|1}}}} est le nom donné au [[modèle cosmologique]] qui décrit à l'heure actuelle de la façon la plus satisfaisante les grandes étapes de l'histoire de l'[[univers observable]] ainsi que son contenu actuel tels qu'ils sont révélés par les observations [[astronomie|astronomiques]]. Le modèle standard décrit l'Univers comme un espace [[Homogénéité (cosmologie)|homogène]] et [[Isotropie (cosmologie)|isotrope]] en [[Expansion de l'Univers|expansion]], sur lequel se superposent de [[Structures à grande échelle de l'Univers|grandes structures]] formées par l'[[effondrement gravitationnel]] d'inhomogénéités primordiales, elles-mêmes formées pendant la [[Inflation cosmique|phase d'inflation]]{{sfn|Taillet|Villain|Febvre|2018|loc={{s.v.}}modèle standard de la cosmologie|p=482, {{col.|1}}}}.

Le terme de « modèle standard de la cosmologie » est inspiré du [[modèle standard (physique des particules)|modèle standard]] en [[physique des particules]]. Tout comme ce dernier il possède la caractéristique de permettre une description soigneuse et détaillée de l'univers, mais n'explique cependant pas la nature de certains constituants de l'univers, ni leur abondance relative.

Le terme de modèle standard de la cosmologie a émergé vers l'an [[2000]], à la suite de l'arrivée d'une quantité importante d'observations astronomiques en rapport avec la [[cosmologie]], en particulier les nouveaux [[catalogue de galaxies|catalogues de galaxies]] comme [[Sloan Digital Sky Survey|SDSS]] et [[2dFGRS]], l'observation de plus en plus détaillée des [[anisotropie]]s du [[fond diffus cosmologique]] avec les expériences [[BOOMERanG]] et [[Archeops]], puis l'[[télescope spatial|observatoire spatial]] [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe]] (WMAP), ainsi que l'observation des [[supernova]]e lointaines et celle des effets de [[cisaillement gravitationnel]].

Le modèle standard de la cosmologie illustre le fait que la cosmologie moderne est entrée dans une ère dite de « précision »<ref>Ce qualificatif est jugé un peu optimiste et prématuré par certains [[cosmologiste]]s, mais atteste néanmoins et de façon indiscutable de l'explosion du nombre des observations désormais disponibles.</ref>, où une somme importante de données permet une confrontation très contraignante entre modèles cosmologiques et observations.

== Position du problème : qu'est-ce qu'un modèle cosmologique réaliste ? ==

Les deux principales caractéristiques de l'[[univers observable]] sont que celui-ci est [[homogénéité (cosmologie)|homogène]] et [[isotropie (cosmologie)|isotrope]] à grande échelle, et qu'il est en [[expansion de l'Univers|expansion]]. Le but de la [[cosmologie]] est donc de proposer un modèle décrivant un tel univers, et expliquant les structures qui s'y sont formées. En pratique, la dynamique de l'expansion de l'univers est régie par la [[relativité générale]], ou éventuellement une autre théorie [[principe de relativité|relativiste]] de la [[gravitation]]<ref>De tels modèles, comme la [[théorie MOND]] sont relativement marginaux.</ref>. Celle-ci prédit que si l'univers est, comme on l'observe, homogène et isotrope, alors celui-ci possède en général une dynamique (il est soit en expansion, soit en contraction). L'expansion observée de l'univers indique que celui-ci était plus dense et plus chaud par le passé. Un certain nombre d'indications, notamment l'[[abondance des éléments légers]] (issus de la [[nucléosynthèse primordiale]]), indique que cette phase chaude a atteint au moins une [[température]] de 1 milliard de [[degré Celsius|°C]] : c'est le [[Big Bang]].

L'univers actuel comporte un grand nombre de structures comme les [[étoile]]s, les [[galaxie]]s, les [[amas de galaxies]] et les [[superamas de galaxies]] : à grande échelle, il est homogène, mais est plutôt irrégulier à petite échelle. L'observation de l'univers {{formatnum:380000}} ans après le Big Bang, par l'intermédiaire du [[fond diffus cosmologique]] montre par contre que l'univers était à cette époque bien plus homogène qu'il ne l'est aujourd'hui. Le mécanisme d'[[instabilité gravitationnelle]] permet d'expliquer que les objets astrophysiques puissent éventuellement se former à partir d'une répartition de matière initialement peu inhomogène, l'effet attractif de la gravité ayant tendance à aider des régions plus denses que leur environnement à attirer la matière voisine. C'est donc progressivement que les grandes structures de l'univers se sont formées. Les détails de ce processus de formation des grandes structures dépend par contre de nombreux paramètres, en particulier les propriétés des formes de matière qui emplissent l'univers.

L'objectif d'un modèle cosmologique réaliste est donc de proposer un scénario qui permette de rendre compte le plus précisément possible de l'ensemble des observations. L'on distingue essentiellement deux étapes :
# Celle qui relève de la [[cosmologie primordiale]] qui doit expliquer :
#* comment pendant le Big Bang l'univers a pu se trouver dans l'état très homogène que l'on observe par le fond diffus cosmologique,
#* pourquoi à cette époque de petites irrégularités existaient déjà,
#* comment les différentes formes de matière que nous connaissons ([[matière baryonique]] (c'est-à-dire les atomes), [[neutrino]]s, [[photon]]s) ont pu être issus du Big Bang ;
# Celle qui relève plus de la [[cosmologie observationnelle]], qui doit expliquer :
#* la répartition actuelle des galaxies, amas et superamas de galaxies révélée par les [[catalogue de galaxies|catalogues de galaxies]],
#* les propriétés physiques de ceux-ci (taille, masse, température, etc),
#* l'évolution de leur répartition que l'on observe en comparant la répartition actuelle de ces objets à celle qu'ils avaient par le passé en observant les époques plus anciennes de l'histoire de l'univers.

== Les tests cosmologiques disponibles ==

Pour cela, un certain nombre d'observations sont à disposition :
* la mesure de l'[[abondance des éléments légers]] : il est établi que quand la [[température de l'Univers]] descend en dessous d'un milliard de degré, [[proton]]s et [[neutron]]s qui existent alors se combinent pour former parfois quelques noyaux d'atomes à faible [[numéro atomique]] : [[deutérium]], [[hélium]] et [[lithium]] : c'est la [[nucléosynthèse primordiale]]. L'abondance relative de ces éléments dit « légers » dépend des conditions physiques qui régnaient à cette époque ;
* le [[fond diffus cosmologique]], qui offre une photo de l'univers à l'époque où celui-ci est devenu suffisamment peu dense pour que la lumière puisse s'y propager librement (époque dite de la [[recombinaison (cosmologie)|recombinaison]], environ {{formatnum:380000}} ans après le Big Bang) ;
* les observations des galaxies, amas de galaxies et super amas situés à différentes distances et donc vus à différentes époques,
* la mesure de l'influence gravitationnelle de ceux-ci sur leur environnement par les effets de [[lentille gravitationnelle]]
* la mesure de l'absorption par de la matière non concentrée dans les galaxies du rayonnement des [[quasar]]s lointains ([[forêt Lyman-α]]),
* la mesure du [[taux d'expansion (cosmologie)|taux d'expansion]] de l'univers (la [[constante de Hubble]]), ainsi que de son évolution au cours du temps par l'intermédiaire de la [[distance de luminosité]] de certains objets comme les [[supernova]]e de type Ia.

Dans un avenir plus ou moins éloigné, il est envisageable d'observer d'autres phénomènes qui permettraient de sonder d'autres aspects de l'univers observable :
* Le [[fond cosmologique de neutrinos]], qui correspond à l'équivalent du fond diffus cosmologique, mais pour les neutrinos. Celui-ci a été émis bien plus tôt dans l'histoire de l'univers, une fraction de seconde après le Big Bang.
* Le [[fond cosmologique d'ondes gravitationnelles]], qui représente des [[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] primordiales issues de l'époque où des effets de [[gravité quantique]] se produisaient dans l'Univers. Il permettrait de sonder l'Univers à des époques encore plus anciennes.

== Le contenu matériel de l'Univers ==
{{...}}
=== La matière baryonique ===
{{article détaillé|Matière baryonique}}

=== Le fond diffus cosmologique ===
{{article détaillé|Fond diffus cosmologique}}

=== Le fond cosmologique de neutrinos ===
{{article détaillé|Fond cosmologique de neutrinos}}

=== La matière noire ===
{{article détaillé|Matière noire}}

=== L'énergie noire ===
{{article détaillé|Énergie noire}}

== La formation des grandes structures dans l'Univers ==

=== La génération de fluctuations de densité dans l'univers ===
{{…}}

== Les caractéristiques du modèle cosmologique standard ΛCDM ==

Ce [[modèle ΛCDM]] représente un univers :

* spatialement homogène et isotrope à grande échelle (donc aussi à [[courbure spatiale]] constante) correspondant à la métrique de [[Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker]].
* rempli d'un fluide parfait de pression <math>p</math> généralement nulle (gaz de galaxies correspondant à : <math>w = \frac{ p c^{-2}}{ \rho }  = 0</math>) et de densité <math>\rho</math> composée de matière chaude (relativiste ou rayonnement) et matière froide (non relativiste).
* dont la courbure spatiale est nulle (paramètre de courbure ''k'' = 0).
* qui contiendrait, en plus de la matière ordinaire, de la [[matière noire]] (surplus de gravité dont les galaxies ont besoin pour ne pas se défaire durant leur rotation) et de l'énergie noire (force répulsive globale qui tend à accélérer l'expansion de l'univers et nécessitant : [[constante cosmologique]] LAMBDA > 0).
* issu d'une explosion primordiale (modèle Big Bang nécessitant : <math>w > -1/3</math>).

Une étude a été publiée en {{date-|février 2017}} avancant que le [[modèle ΛCDM]] est construit sur une base de stratagèmes [[Conventionnalisme|conventionnalistes]], le rendant impossible à [[Réfutabilité|réfuter]] selon le sens défini par [[Karl Popper]]<ref>{{Article|langue=en|auteur1=David Merritt|titre=Cosmology and convention|périodique=Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics|volume=57|date=2017-02-01|issn=1355-2198|doi=10.1016/j.shpsb.2016.12.002|lire en ligne=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1355219816301563|consulté le=2019-01-01|pages=41–52}}</ref>.

== Expériences futures ==
{{…}}
Les avancées réalisées grâce au [[James Webb (télescope spatial)|télescope spatial James-Webb]] pourraient remettre en cause le modèle standard de l’Univers, ou à tout de moins de le faire évoluer sensiblement<ref>{{Article |langue=fr |titre=Les cinq surprises du télescope James-Webb |date=2023-11-20 |lire en ligne=https://www.lemonde.fr/sciences/article/2023/11/20/les-cinq-surprises-du-telescope-james-webb_6201311_1650684.html |périodique=[[Le Monde]] |consulté le=2023-11-21}}.</ref>.

== Notes et références ==

=== Notes ===

{{Références}}

=== Références ===
* {{Chapitre | langue=fr | prénom={{abréviation discrète|F.|François}} | nom=Bouchet | lien auteur=François Bouchet (astrophysicien) | titre=Cosmologie | auteurs ouvrage=[[Alain Aspect|{{nobr|{{abréviation discrète|A.|Alain}} Aspect}}]], [[François Bouchet (astrophysicien)|{{nobr|{{abréviation discrète|F.|François}} Bouchet}}]], {{nobr|{{abréviation discrète|É.|Éric}} Brunet}} {{et al.}} ({{abréviation discrète|av.-prop.|avant-propos}} de [[Michèle Leduc|{{nobr|{{abréviation discrète|M.|Michèle}} Leduc}}]] et {{nobr|{{abréviation discrète|M.|Michel}} Le Bellac}}) | titre ouvrage=Einstein aujourd'hui | lieu=Les Ulis et Paris | éditeur=[[EDP Sciences|EDP Scie.]] et [[CNRS Éditions|CNRS]] | collection=Savoirs actuels | série=physique | mois={{date-|janvier|compact=oui}} | année=2005 | numéro d'édition=1 | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, {{VIII}}-417 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}} et {{abréviation discrète|portr.|portrait(s)}}, {{dunité|15,5|23,2|cm}} | isbn1=2-86883-768-9 | isbn2=2-271-06311-6 | ean=9782868837684 | oclc=61336564 | bnf=39916190w | sudoc=083929657 | présentation en ligne=https://laboutique.edpsciences.fr/produit/235/9782759802692 | lire en ligne={{Google Livres|id=nvUk1E37bu8C}} | consulté le=15 décembre 2019 | partie={{chap.|7}} | passage=321-417 | libellé=Bouchet 2005}}.
* {{Ouvrage | langue=fr | prénom1={{abréviation discrète|R.|Richard}} | nom1=Taillet | prénom2={{abréviation discrète|L.|Loïc}} | nom2=Villain | prénom3={{abréviation discrète|P.|Pascal}} | nom3=Febvre | titre=Dictionnaire de physique | lieu=Louvain-la-Neuve | éditeur=[[Groupe De Boeck|De Boeck {{abréviation discrète|Sup.|Supérieur}}]], hors {{coll.}} | mois={{date-|janvier|compact=oui}} | année=2018 | numéro d'édition=4 | année première édition={{date-|mai 2008}} | pages totales={{unité|1|{{abréviation discrète|vol.|volume(s)}}}}, {{X}}-956 | format={{abréviation discrète|ill.|illustration(s)}} et {{abréviation discrète|fig.|figure(s)}}, {{dunité|17|24|cm}} | isbn10=2-8073-0744-2 | isbn1=978-2-8073-0744-5 | ean=9782807307445 | oclc=1022951339 | sudoc=224228161 | présentation en ligne=https://www.deboecksuperieur.com/ouvrage/9782807307445-dictionnaire-de-physique | lire en ligne={{Google Livres|id=pjlFDwAAQBAJ}} | consulté le=15 décembre 2019 | partie={{s.v.}}modèle standard de la cosmologie | passage=482, {{col.|1}} | libellé=Taillet, Villain et Febvre 2018}}.
* [[Portail:Cosmologie/Ouvrages spécialisés sur la cosmologie|Ouvrages spécialisés sur la cosmologie]]
* {{en}} [http://lambda.gsfc.nasa.gov/ ''Legacy Archive for Microwave Background Data Analysis (LAMBDA)''] Archive recensant les données relatives au fond diffus cosmologique ainsi que des outils pour le traitement de ces données
* {{en}} [http://background.uchicago.edu/~whu/ Page professionnelle de Wayne Hu], cosmologue à l'[[université de Chicago]]
* {{en}} [http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm Initiation à la cosmologie], par [[Edward L. Wright]], cosmologiste à l'[[université de Californie à Los Angeles]]
* {{en}} [http://space.mit.edu/home/tegmark/index.html Page professionnelle de Max Tegmark], cosmologiste au [[Massachusetts Institute of Technology]]

== Voir aussi ==

{{Palette|Chronologie du modèle standard de la cosmologie|Modèles cosmologiques}}

{{Portail|cosmologie}}

{{DEFAULTSORT:Modele standard de la cosmologie}}
[[Catégorie:Modèle cosmologique]]
[[en:Standard model of cosmology]]