Quelque chose ne va pas avec l’expansion de l’Univers

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Quelque chose ne va vraiment pas avec notre compréhension de l’Univers. Les galaxies voisines semblent s’éloigner trop rapidement les unes des autres, mais nous ne savons pas pourquoi, et chaque nouvel ensemble de données semble simplement aggraver ce problème.

L’Univers ne se comporte pas qu’il le devrait

Nous disposons de deux méthodes de base pour mesurer l’expansion de l’Univers, qui est décrite par un nombre appelé constante de Hubble. Les deux méthodes ont toujours donné des résultats contradictoires et de nombreux astronomes et cosmologues espéraient que l’une d’entre elles était tout simplement fausse. Maintenant, une troisième méthode a consolidé leur désaccord. Il semble de plus en plus certain que les deux méthodes sont correctes – ce qui pourrait nécessiter un remaniement majeur de notre compréhension de l’Univers.

L’un des moyens de mesurer la constante de Hubble consiste à utiliser le fond diffus cosmologique (CMB), un vestige de la première lumière qui a fait son apparition après le Big Bang. Ce modèle peut alors nous dire à quelle vitesse l’Univers se développe, et les chercheurs utilisent ensuite des modèles de son évolution pour nous dire à quelle vitesse il devrait se développer.

L’autre moyen consiste à utiliser ce que les astronomes appellent «l’échelle des distances», dans lequel nous mesurons la distance entre les étoiles appelées variables céphéides, nous relions ces distances à des supernovas proches de nous et nous utilisons ces supernovas pour déterminer la vitesse à laquelle des galaxies relativement proches s’éloignent de nous. Cette méthode a toujours abouti à un taux d’expansion supérieur de plus de 9% que la méthode CMB, provoquant une grande consternation parmi les astronomes.

Une troisième mesure de la constante de Hubble

« Si vous avez deux mesures qui ne concordent pas, il y a toujours une chance que l’une d’entre elles ou les deux se trompent », déclare Simon Birrer, membre de l’équipe à l’Université de Californie à Los Angeles. « Mais si vous utilisez une troisième mesure indépendante qui se rapproche de l’une des deux précédentes, alors les gens commencent à croire que cette mesure existe vraiment. »

Maintenant, une équipe internationale d’astronomes a fait cette troisième mesure de la constante de Hubble en utilisant une lentille gravitationnelle un phénomène dans lequel la lumière d’un objet éloigné est courbée par la gravité d’une galaxie plus proche se dirigeant vers nos télescopes. Lorsque la lumière arrive, elle forme souvent plusieurs images tachées de l’objet le plus éloigné, comme ce qui se passe lorsque vous regardez une lumière à travers le fond d’un verre d’eau.

La lumière qui forme chaque image parcourt une trajectoire différente autour de la galaxie la plus proche. Par conséquent, lorsque l’objet change de luminosité, il y a un délai entre le moment où ce changement apparaît dans chaque image. Ce délai est basé sur la distance parcourue par la lumière. Nous pouvons donc l’utiliser pour mesurer la distance de l’objet d’origine. Lorsque cela s’ajoute à la vitesse à laquelle il s’éloigne de nous, nous obtenons une mesure de la constante de Hubble.

Birrer et ses collègues ont utilisé ce processus avec trois quasars, des objets très brillants de l’Univers qui résident au centre de certaines galaxies. Leurs mesures correspondent aux résultats de la méthode de l’échelle des distances.

Avec cette confirmation indépendante, il semble de plus en plus sûr que les mesures contradictoires de l’expansion de l’Univers sont correctes. Ceci est dû au renforcement de la méthode de l’échelle des distances, qui repose sur une physique plus complexe et moins bien établie que la mesure CMB.

Une mesure qui a atteint un niveau confiance suffisamment élevé

La mesure a maintenant atteint un niveau de confiance de 5 sigmas, ce qui signifie que si les deux mesures ne sont pas correctes, il n’y a qu’une chance sur 3,5 que ces résultats soient générés par hasard – un niveau de confiance qui dans certains domaines de la physique constitue un véritable «découverte» au lieu d’intrigantes données.

Cela pourrait être un problème pour notre vision standard de la cosmologie. Si la constante de Hubble de l’Univers primitif est réellement différente de la constante de Hubble plus récemment développée, il faut ajouter quelque chose à notre modèle cosmologique qui est généralement accepté.

«On commence à avoir l’impression qu’il existe peut-être vraiment une nouvelle physique de l’Univers, mais aucune théorie n’est prête pour expliquer tout cela», explique Daniel Scolnic de l’Université Duke en Caroline du Nord. Si nous ne comprenons vraiment pas l’Univers d’une manière ou d’une autre, il n’y a rien qui sera plus clair. Il y a eu beaucoup de suggestions sur la manière de faire correspondre une théorie à l’expansion mesurée de l’Univers, mais aucune d’entre elles n’est largement acceptée.

Des failles qui pourraient nous mener à mieux comprendre certains aspects de l’Univers

«La constante de Hubble est le plus gros problème de la cosmologie auquel nous ayons actuellement accès, et nous espérons que cette faille dans notre compréhension de l’Univers nous mènera à des failles encore plus grandes telles que l’énergie noire et la matière noire», dit Scolnic. « Nous devons simplement chasser ces failles. »

Cette recherche a été publiée dans arXiv.

Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay

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