L’univers s’étend trop vite

C’est l’un des plus grands mystères de l’astronomie moderne : sur la base de multiples observations d’étoiles et de galaxies, l’univers semble voler plus vite que ne le pensent nos meilleurs modèles de l’univers. Les preuves de ce mystère s’accumulent depuis des années, ce qui a amené certains chercheurs à l’appeler une crise imminente de la cosmologie.

Maintenant, un groupe de chercheurs utilisant le télescope spatial Hubble a rassemblé un énorme nouvel ensemble de données et a découvert une probabilité de 1 pour 1 que l’écart soit dû au hasard statistique. En d’autres termes, il semble plus probable qu’il existe des composants de base de l’univers – ou des influences inattendues de composants connus – que les astronomes n’ont pas encore identifiés.

« L’univers semble nous réserver beaucoup de surprises, et c’est une bonne chose, car il nous aide à apprendre », déclare Adam Rees, astronome à l’Université Johns Hopkins qui a dirigé le dernier effort pour tester les anomalies.

Le puzzle est connu sous le nom de tension de Hubble, du nom de l’astronome Edwin Hubble. En 1929, il a remarqué que plus la galaxie est loin de nous, plus elle s’éloigne rapidement –Une note qui a contribué à ouvrir la voie à notre conception actuelle de l’univers depuis le Big Bang et l’expansion depuis.

Les chercheurs ont essayé de mesurer le taux d’expansion actuel de l’univers de deux manières fondamentales : en mesurant les distances par rapport aux étoiles proches et en cartographiant une faible lueur remontant à l’univers naissant. Ces deux méthodes permettent de tester notre compréhension de l’univers à travers plus de 13 milliards d’années d’histoire cosmique. La recherche a également révélé certains composants cosmiques clés, tels que « l’énergie noire », la force mystérieuse censée conduire à l’accélération de l’expansion de l’univers.

Mais ces deux méthodes diffèrent sur le taux d’expansion actuel de l’univers d’environ 8%. Cette différence peut sembler minime, mais si cette différence est réelle, cela signifie que l’univers s’étend maintenant plus rapidement que même l’énergie noire ne peut l’expliquer, ce qui signifie une certaine rupture dans nos calculs de l’univers.

Les découvertes des chercheurs décrites dans plusieurs études présentées la semaine dernière pour Journal d’Astrophysique, utilisez certains types d’étoiles et d’étoiles pour mesurer la distance entre nous et les galaxies proches. L’ensemble de données comprend des observations de 42 rafales d’étoiles différentes, soit plus du double de la prochaine plus grande analyse du genre. Selon les travaux de l’équipe, la tension entre leur nouvelle analyse et les résultats des mesures de l’univers primitif a atteint cinq sigma, le seuil statistique utilisé en physique des particules pour confirmer l’existence de nouvelles particules.

D’autres astronomes voient encore de la place pour des erreurs potentielles dans les données, ce qui signifie que la tension de Hubble pourrait encore n’être qu’un artefact.

Cependant, « Je ne sais pas comment ce gros bug se cache à ce stade, et si c’est le cas, c’est juste quelque chose que personne n’a suggéré », a déclaré Dan Skolnick, membre de l’équipe, astronome à l’Université Duke. « Nous avons vérifié chaque idée qui nous a été présentée, et rien n’a fonctionné. »

Micro-ondes cosmiques et échelle de distance

La tension de Hubble provient de tentatives pour mesurer ou prédire le taux actuel d’expansion de l’univers, appelé constante de Hubble. En l’utilisant, les astronomes peuvent estimer l’âge de l’univers depuis le Big Bang.

Une façon d’obtenir la constante de Hubble est basée sur le fond diffus cosmologique (CMB), une faible lueur qui s’est formée lorsque l’univers n’avait que 380 000 ans. Des télescopes tels que l’observatoire Planck de l’Agence spatiale européenne ont mesuré le CMB, fournissant un aperçu détaillé de la façon dont la matière et l’énergie étaient distribuées dans l’univers primitif, ainsi que la physique qui le régit.

En utilisant un modèle qui prédit avec grand succès de nombreuses propriétés de l’univers – connu sous le nom de Modèle Lambda Cold Matter Dark Matter— Les cosmologistes peuvent mathématiquement sprinter dans l’univers infantile comme on le voit dans le rayonnement de fond cosmique et prédire à quoi devrait ressembler la constante de Hubble aujourd’hui. Cette méthode prédit que l’univers devrait s’étendre à une vitesse d’environ 67,36 kilomètres par seconde par mégaparsec (une mégafreck équivaut à 3,26 millions d’années-lumière).

En revanche, d’autres équipes mesurent la constante de Hubble en s’intéressant à l’univers « local » : les étoiles et galaxies les plus récentes et relativement proches de nous. Cette version du calcul nécessite deux types de données : à quelle vitesse une galaxie s’éloigne de nous et à quelle distance se trouve cette galaxie. Cela oblige les astronomes à développer ce qu’on appelle l’échelle de distance cosmique.

L’échelle de distance cosmique des nouvelles études, compilée par le groupe de recherche SH0ES de Reese, commence par des mesures des distances entre nous et certains types d’étoiles appelées variables céphéides. Les céphéides sont précieuses car, par essence, elles agissent comme des lumières éblouissantes de puissance connue : elles s’allument et s’atténuent régulièrement, et plus les céphéides sont lumineuses, plus les pulsations sont lentes. En utilisant ce principe, les astronomes peuvent estimer la luminosité intrinsèque des corps célestes distants en fonction de leur fréquence de pouls et éventuellement calculer les distances des étoiles par rapport à nous.