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 ΛCDM (se prononce « Lambda CDM », qui signifie en anglais Lambda - Cold Dark Matter, c'est-à-dire le modèle « lambda - matière noire froide ») désigne un modèle cosmologique du Big Bang paramétré par une constante cosmologique notée par la lettre grecque Λ et associée à la matière noire froide. Il est souvent appelé modèle standard du Big Bang, car c'est le modèle le plus simple qui rende compte des propriétés du cosmos :

• l'existence et la structure du fond diffus cosmologique ;
• la structure à grande échelle de l'univers observable et la distribution des galaxies ;
• l'abondance des éléments légers (hydrogène, hélium et lithium) ;
• l'accélération de l'expansion de l'univers.

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 13,7 Ga) jusqu'à aujourd'hui.

Ce modèle représente un univers homogène et isotrope, et qui contient de la matière noire et de l’énergie sombre en plus de la matière ordinaire. 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 la densité totale de l'univers 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 type Ia, 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 est basé sur six paramètres :

• La densité baryonique ($\Omega _{b}$) ;
• La densité de matière noire ($\Omega _{c}$) ;
• La densité d'énergie sombre ($\Omega _{\Lambda }$) ;
• L'indice spectral des perturbations primordiales scalaires ($n_{s}$) ;
• L'amplitude des perturbations primordiales de courbure (Δ_R²) ;
• L'épaisseur optique de réionisation ($\tau$).

Critiques du modèle

Le modèle standard, bien que privilégié par la majorité des physiciens, fait cependant 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 existent donc, très souvent inspirées de la relativité générale (théories MOND, Univers de Milne, Modèles cosmologiques bi-métriques, théories des cordes, ...), présentées en section Liste de modèles cosmologiques et présentation rapide.

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Lambda-CDM model » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

• Jean-Pierre Petit^{[non pertinent]}

Bibliographie

• [Aghanim et Dole 2020] Nabila Aghanim et Hervé Dole, « Les résultats cosmologiques de la mission Planck », Reflets de la physique, n^o 64,‎ janv. 2020, p. 4-10 (DOI 10.1051/refdp/202064004, résumé, lire en ligne [PDF]).
• [Bouchet 2005] François Bouchet, « Cosmologie », dans Alain Aspect et al. (av.-prop. de Michèle Leduc et Michel Le Bellac), Einstein aujourd'hui, Les Ulis et Paris, EDP Sciences et CNRS, coll. « Savoirs actuels / physique », janv. 2005, 1^re éd., 1 vol., VIII-417, ill., portr., fig. et tabl., 15,5 × 23,2 cm (ISBN 2-86883-768-9 et 2-271-06311-6, EAN 9782868837684, OCLC 61336564, BNF 39916190, SUDOC 083929657, présentation en ligne, lire en ligne), chap. 7, p. 321-417.
• [Omont 2017] Alain Omont, À l'orée du cosmos : un siècle de révolution dans l'astronomie, Les Ulis, EDP Sciences, coll. « Une introduction à », nov. 2017, 1^re éd., 1 vol., XI-263, ill. et fig., 17 × 24 cm (ISBN 978-2-7598-1909-6, EAN 9782759819096, OCLC 1014020183, BNF 45408297, SUDOC 221338756, présentation en ligne, lire en ligne).
• Ouvrages spécialisés sur la cosmologie.

Articles connexes

• Densité critique
• Modèle standard de la cosmologie
• Table des constantes astrophysiques