Modèle ΛCDM

Tous les objets visibles de l’univers observable (étoiles, gaz, poussières, nébuleuses, particules) ne constitueraient qu’environ 5 % de sa densité d'énergie totale. Le reste de la densité d'énergie est constitué pour un quart de matière noire, et pour le reste d’énergie sombre, dont la nature exacte n’est pas connue à l'heure actuelle.

En cosmologie, le Modèle:Terme définiModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn (se prononce « Lambda CDM », qui signifie en anglais Modèle:Lang, c'est-à-dire le modèle « lambda - matière noire froide ») ou modèle de concordanceModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn est un modèle cosmologique du Big Bang paramétré par une constante cosmologique notée par la lettre grecque Λ et associée à l'énergie sombre. Il est souvent appelé modèle standard du Big Bang, car c'est le modèle le plus simple qui rende compte des propriétés de l'Univers observable :

• l'existence et la structure du fond diffus cosmologiqueModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn ;
• la structure à grande échelle de la distribution des galaxiesModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn ;
• l'abondance des nucléonsModèle:Sfn et celle des éléments légers (hydrogène, hélium et lithium)Modèle:Sfn ;
• l'expansion de l'UniversModèle:Sfn et l'accélération de son expansionModèle:Sfn.

Ce modèle suppose que la théorie de la relativité générale décrit correctement la gravité à l'échelle cosmologique. Il est apparu à la fin des années 1990, après une période où plusieurs propriétés observées de l'Univers semblaient mutuellement incompatibles, et où aucun consensus n'existait sur la composition des densités d'énergie de l'Univers.

Description

Expansion accélérée de l'univers selon le modèle Lambda-CDM. Cette frise chronologique représente schématiquement l'inflation depuis le Big Bang (il y a Modèle:Unité) jusqu'à aujourd'hui.

Le modèle ΛCDM se fonde sur trois hypothèsesModèle:Sfn :

• le principe cosmologiqueModèle:Sfn, en vertu duquel l'Univers est homogène et isotrope à grande échelle ;
• le principe d'universalitéModèle:Sfn, en vertu duquel la gravitation est décrite par la relativité générale à toutes les échelles ;
• le contenu en matière de l'Univers, donné par la matière noire froide (CDM), les baryons et le rayonnement.

L'Univers contient, de plus, de l'énergie sombre. La lettre grecque Λ est usuellement le symbole de la constante cosmologique, qui est la forme la plus simple d'énergie sombre.

Un tel modèle est aujourd'hui considéré comme le modèle cosmologique le plus simple pouvant décrire l’univers observable. Il est à la base du modèle standard de la cosmologie. Il a supplanté le modèle SCDM, identique si ce n’est qu’il ne possède pas d'énergie sombre, dans le courant des années 1990.

La motivation de ce type de modèle provient de la combinaison de plusieurs observations qui contraignent certains paramètres cosmologiques :

• la détection indirecte de matière noire, par son influence gravitationnelle au sein des galaxies et des amas de galaxies ;
• l’estimation de la densité de cette matière noire, qui est inférieure à la densité critique de l'Univers ;
• les contraintes sur la courbure spatiale de l’Univers, qui indiquent que sa densité totale est très proche de la densité critique ;
• l’observation de l’accélération de l'expansion de l'Univers par l'étude de la distance de luminosité des supernovas de Modèle:Nobr, qui implique l’existence d’énergie sombre.

La combinaison de ces contraintes rend nécessaire la présence de matière sombre, ainsi que l’adjonction d’une autre forme de matière, l’énergie sombre, ayant un effet répulsif sur l’expansion de l’Univers.

Le modèle ΛCDM minimalModèle:Sfn Modèle:Incise est défini par six paramètresModèle:SfnModèle:,Modèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn aux effets indépendantsModèle:Sfn, à savoirModèle:Sfn :

$\{A_s,n_s,{\omega }_b,{\omega }_m,{\mathrm{\Omega }}_{\mathrm{\Lambda }},\tau \}$,

où :

• $A_s$ est l'amplitude globale du spectre primordialModèle:Sfn ;
• $n_s$ est l'indice spectralModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn des perturbations primordiales scalaires de densitéModèle:Sfn ;
• ${\omega }_b$ est la densité de baryonsModèle:SfnModèle:,Modèle:Sfn, avecModèle:Sfn : ${\omega }_b={\mathrm{\Omega }}_b{h}^2$ ;
• ${\omega }_m$ est la densité de matièreModèle:Sfn non-relativisteModèle:Sfn, avecModèle:Sfn : ${\omega }_m={\mathrm{\Omega }}_m{h}^2$ ;
• ${\mathrm{\Omega }}_{\mathrm{\Lambda }}$ est la densité fractionnelleModèle:Sfn de constante cosmologiqueModèle:Sfn ;
• $\tau$ est l'épaisseurModèle:Sfn ou profondeur optique de la réionisationModèle:Sfn.

La densité de photons est fixée par la température mesurée $T_0$ du fond diffus cosmologique : $T_0=2,725\mathrm{K}$Modèle:Sfn.

Les neutrinos sont considérés comme de masse nulleModèle:Sfn.

L'Univers est supposé platModèle:Sfn.

Critiques du modèle

Modèle:Section vide ou incomplète Le modèle standard, bien que privilégié par la majorité des physiciens, fait l'objet de critiques pour ses hypothèses ad-hoc concernant des problèmes cosmologiques connus et non expliqués de façon jugée satisfaisante par le modèle ΛCDM : problème de la formation des structures, problème de la platitude, asymétrie baryonique, problème des baryons manquants, problème de la rotation des galaxies, problème de l'accélération de l'expansion de l'Univers...

Diverses variantes de ce modèle coexistent donc, très souvent inspirées de la relativité générale, parmi lesquelles les théories MOND, l'Univers de Milne, les modèles bi-métriques et les théories des cordes (voir la liste des divers modèles cosmologiques).

Voir aussi

Bibliographie

• Modèle:Article
• Modèle:Chapitre.
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Chapitre
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Chapitre — réimpression de :
  • Modèle:Article.
• Modèle:Chapitre
• Modèle:Ouvrage.
• Modèle:Ouvrage
• Ouvrages spécialisés sur la cosmologie

Articles connexes

• Histoire et chronologie de l'Univers
• Densité critique
• Modèle standard de la cosmologie
• Table des constantes astrophysiques

Liens externes

• Modèle:Lien web.