Le modèle standard de la cosmologie

Tout d'abord, il s'appuie sur la théorie du big bang, postulant que l'univers a commencé son expansion dans un état très chaud et dense il y a environ 13,8 milliards d'années et est en expansion depuis. La description de la gravitation y est donnée par la théorie de la relativité générale d'Einstein. 

Le modèle standard assume également le principe cosmologique, c'est-à-dire que l'Univers est homogène et isotrope sur de très grandes échelles (il a la même apparence partout et dans toutes les directions). 

Concernant sa composition, le modèle ΛCDM stipule que l'Univers est principalement constitué de trois composants majeurs en termes de densité d'énergie : l'énergie sombre (représentée par Λ, la constante cosmologique), la matière sombre froide (CDM = Cold Dark Matter) et la matière ordinaire (baryonique). La matière ordinaire que nous connaissons (protons, neutrons, électrons) ne représente qu'une petite fraction de la masse-énergie totale de l'Univers (environ 5%). Le modèle standard indique qu'environ 26% est de la matière sombre, une forme de matière qui interagit gravitationnellement mais n'émet ni n'absorbe la lumière, et qui est essentielle pour expliquer la formation des structures comme les galaxies et les amas de galaxies. Le composant le plus abondant est l'énergie sombre (environ 69%), une forme d'énergie de nature inconnue qui semble être responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers observée depuis quelques milliards d'années.

Le modèle inclut aussi des contributions mineures du rayonnement électromagnétique (photons) et des neutrinos. Le succès du modèle standard réside dans sa capacité à expliquer et à prédire de manière cohérente un vaste ensemble d'observations cosmologiques. 

S'il laisse de nombreuse questions encore sans réponse, il explique aussi nombre phénomènes observés :  les caractéristiques du  fond diffus cosmologique, la distribution à grande échelle des galaxies, l'abondance des éléments légers produits lors de la nucléosynthèse primordiale, et le taux d'expansion de l'Univers (paramètre de Hubble). Il incorpore souvent une phase d'inflation très précoce pour résoudre certains problèmes théoriques du big bang standard, comme la platitude de l'Univers et l'homogénéité du fond diffus cosmologique.

L'élaboration du modèle standard.
Le modèle standard de la cosmologie s'est construit progressivement au fil du XX^e siècle grâce à l'interaction constante entre observations astronomiques et développements théoriques. Son origine remonte à 1917, lorsque Albert Einstein introduisit la relativité générale, qui offrait un cadre mathématique pour décrire l'univers. Peu après, Alexander Friedmann et Georges Lemaître montrèrent que les équations d'Einstein autorisaient un univers en expansion, une idée confirmée en 1929 par Edwin Hubble avec la découverte de l'expansion cosmique grâce au décalage vers le rouge des galaxies.

Dans les années 1940, George Gamow, Ralph Alpher et Robert Herman prédirent l'existence d'un rayonnement fossile, vestige des premiers temps de l'expansion de l'univers. Cette prédiction fut confirmée en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson avec la détection du rayonnement cosmique de fond, un jalon majeur qui valida le modèle du big bang face au modèle stationnaire. Dans les décennies suivantes, les progrès de l'astrophysique et de la physique des particules enrichirent la compréhension de l'univers primitif, notamment l'introduction de la nucléosynthèse primordiale qui expliquait les abondances relatives des éléments légers.

Dans les années 1980, le concept d'inflation cosmique, proposé par Alan Guth, Andrei Linde et d'autres, expliqua plusieurs problèmes du modèle initial, comme l'horizon et la platitude. Parallèlement, l'observation de la dynamique des galaxies par Vera Rubin révéla la présence de matière sombre, une composante non lumineuse mais dominante dans la structure à grande échelle de l'univers. À la fin des années 1990, l'étude des supernovae de type Ia révéla l'accélération de l'expansion cosmique, impliquant l'existence d'une énergie sombre décrite par la constante cosmologique Λ. Ce résultat compléta la structure actuelle du modèle ΛCDM, qui combine la relativité générale, la matière sombre froide (CDM, cold dark matter) et l'énergie sombre (Λ).

Aujourd'hui, ce modèle est solidement soutenu par de multiples observations, notamment celles du satellite Planck qui a mesuré avec précision les anisotropies du fond diffus cosmologique. Il reste toutefois incomplet, car la nature exacte de la matière sombre et de l'énergie sombre demeure inconnue, ce qui suscite de nouvelles pistes théoriques.