Constante cosmologique, ou quintessence ?

L’énergie du vide correspond à une pression négative, son équation d’état se résume à P = w ρ, avec w négatif. Dans l’équation d’Einstein qui donne l’accélération de l’expansion, le terme intervient comme – (ρ +3P), donc pour assurer une accélération de l’expansion, il faut que w – 1/3. Le problème de l’énergie noire peut être résolu de deux façons, selon que l’on ajoute le terme supplémentaire à droite ou qu’on le soustraie à gauche de l’équation d’Einstein. En modifiant le terme de droite comprenant le tenseur énergie-impulsion, on ajoute un terme à la matière, la quintessence, ou K-essence, tachyons, gaz de Chaplygin, ou modèles couplés, etc. En modifiant le terme de gauche, on modifie la gravité, par exemple avec les théories de gravité modifiée f(R) (R le Ricci), modèles tenseur-scalaire, monde des branes, gravité massive, inhomogénéités, etc. (w – 1 possible). Il y a parfois des recouvrements entre les deux types de solution. Les théories de quintessence reviennent à ajouter un champ scalaire, de spin 0 ; en théorie des champs, le seul dans le modèle standard est le champ de Higgs, dont l’interaction donne la masse aux particules. Le champ scalaire devrait avoir une faible masse (10-33 eV) et donc descendre en pente douce vers son minimum. Un grand nombre de possibilités ont été envisagées : par exemple le cosmon, doué d’un couplage avec les neutrinos. Le couplage des neutrinos avec le cosmon étant plus fort qu’avec la gravité, la masse des neutrinos pourrait croître avec le temps, et les neutrinos devenir non relativistes il y a 5 milliards d’années. Il existe aussi la théorie des caméléons, qui sont des particules dont la masse varie avec l’environnement‹ : leur masse effective croît avec la densité. Elles ont donc une très haute masse dans le système solaire, avec une faible portée (1 mm). À grande échelle, une faible masse et une portée bien plus grande ( kpc). Ainsi ces particules échappent à la détection sous forme de cinquième force. La théorie des galiléons utilise le mécanisme d’écrantage de Vainshtein, qui supprime la cinquième force dans un certain rayon au voisinage de sources massives. Des modèles génériques de quintessence sont étudiés (soit dégel, soit congélation, selon leur comportement en fonction du temps cosmique).

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