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L’univers est en constante expansion, et cette expansion s’accélère, mais nous ne savons pas exactement à quelle vitesse. Deux séries de mesures permettant d’estimer la vitesse d’expansion s’opposent, ce qui peut être le signe que notre compréhension de base de l’univers est erronée. De plus, deux nouvelles tentatives des astronomes pour résoudre ce problème ont encore compliqué les choses.

La vitesse de l’expansion de l’univers

La vitesse à laquelle l’expansion de l’Univers s’accélère est décrite par un nombre appelé la constante de Hubble. Il existe deux ensembles de données principaux que nous utilisons pour estimer ce nombre : les mesures du fond diffus cosmologique (CMB), qui est une relique de la première lumière à briller à travers l’univers, et les mesures locales, qui utilisent les observations des supernovas et d’autres objets relativement proches pour déterminer à quelle vitesse l’expansion de l’Univers les éloigne loin de nous.
Les analyses de ces deux séries d’observations ont constamment fourni des résultats contradictoires, les données CMB, qui proviennent du satellite Planck, indiquant que l’expansion de l’Univers s’accélère environ 9 % plus lentement que la vitesse suggéré par les données des supernovas.
Simone Aiola du Flatiron Institute de New York et ses collègues ont utilisé le télescope d’Atacama au Chili pour faire de nouvelles observations plus précises du CMB. Ils ont utilisé ces mesures pour calculer la constante de Hubble et ont trouvé une valeur qui concorde avec les données du satellite Planck.
« Cette différence semble être réelle, car le CMB dispose maintenant de deux séries de mesures qui sont en conflit avec les mesures locales », explique Aiola. « Si cette valeur avait été entre les mesures de Planck et les mesures locales, cela aurait vraiment augmenté ce problème. » En l’état, cela renforce l’argument selon lequel la valeur du CMB de la constante de Hubble est correcte, ce qui indique que soit les mesures locales étaient erronées d’une manière ou d’une autre, soit les deux valeurs sont en fait différentes en raison de la physique que nous ne comprenons pas encore.

Une nouvelle physique pour décrire l’univers

« Ce serait très intéressant si cette différence était réelle », déclare Antonella Palmese du Fermi National Accelerator Laboratory dans l’Illinois. « On espère qu’il faudra une nouvelle physique pour décrire l’Univers et nous commençons tout juste à le voir maintenant que nos mesures deviennent plus précises ».
Palmese et ses collègues ont utilisé des mesures d’ondes gravitationnelles – des ondulations qui étirent et compriment l’espace-temps en raison des mouvements d’objets massifs – pour calculer une valeur indépendante de la constante de Hubble. Ils ont utilisé des données sur trois fusions d’objets massifs provenant de l’observatoire des ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO) aux États-Unis et du détecteur Virgo en Italie.
Leur valeur se situe entre les deux autres, mais les mesures ne sont pas précises, donc elle est compatible avec les deux. Cette première tentative démontre que les ondes gravitationnelles pourraient être d’une grande aide pour résoudre ce mystère, et M. Palmese affirme qu’après la prochaine série d’observations avec LIGO et Virgo – actuellement retardée par la pandémie de coronavirus – nous devrions disposer de suffisamment de données pour effectuer une mesure plus précise de la constante de Hubble.
Cela pourrait également permettre d’identifier les éventuels problèmes liés aux autres mesures locales. « Elle devrait être très proche des mesures locales, mais elle ne repose pas sur le même type d’observation, donc s’il y a un problème avec ces mesures locales – nous devrions pouvoir le trouver avec les ondes gravitationnelles », explique M. Palmese.

Élaborer une toute nouvelle théorie

Si les observations restent différentes, cela signifie qu’il doit y avoir une sorte de mécanisme physique qui a changé la constante de Hubble entre le moment où la lumière du CMB a été émise et maintenant. Il existe de nombreuses hypothèses sur ce que pourrait être cette nouvelle physique, des propriétés inattendues de la matière noire et de l’énergie sombre à la possibilité que nous vivions simplement dans un coin étrange de l’Univers, mais nous avons besoin de plus de mesures avant de pouvoir dire avec certitude qu’il est temps d’élaborer une toute nouvelle théorie.
Cette recherche a été pré-publiée dans arXiv.
Source : New Scientist
Cr.dit photo : Pixabay