Une nouvelle mesure pourrait changer notre compréhension de l’Univers


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    L’Univers est en expansion, mais à quelle vitesse exactement ? La réponse semble dépendre du fait que vous estimiez le taux d’expansion cosmique – appelé constante de Hubble, ou H0 – basé sur l’écho du Big Bang (le fond diffus cosmologique, ou CMB) ou que vous mesuriez directement H0 sur la base de les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui. Ce problème, connu sous le nom de tension de Hubble, a intrigué les astrophysiciens et les cosmologistes du monde entier.

    Une étude menée par le groupe de recherche Stellar Standard Candles and Distances, dirigé par Richard Anderson à l’Institut de physique de l’EPFL, ajoute une nouvelle pièce au puzzle. Leurs recherches, publiées dans Astronomie & Astrophysiquea réalisé l’étalonnage le plus précis des étoiles céphéides – un type d’étoile variable dont la luminosité fluctue sur une période définie – pour les mesures de distance à ce jour sur la base des données collectées par l’Agence spatiale européenne (ESA) Gaïa mission. Ce nouveau calibrage amplifie encore la tension de Hubble.

    La constante de Hubble (H0) porte le nom de l’astrophysicien qui, avec Georges Lemaître, a découvert le phénomène à la fin des années 1920. Elle est mesurée en kilomètres par seconde par mégaparsec (km/s/Mpc), où 1 Mpc correspond à environ 3,26 millions d’années-lumière.

    La meilleure mesure directe de H0 utilise une “échelle de distance cosmique”, dont le premier échelon est fixé par le calibrage absolu de la luminosité des Céphéides, désormais recalibré par l’étude de l’EPFL. À leur tour, les Céphéides calibrent le prochain échelon de l’échelle, où les supernovae – de puissantes explosions d’étoiles en fin de vie – retracent l’expansion de l’espace lui-même. Cette échelle de distance, mesurée par les supernovae, H0, pour l’équipe d’équation d’état de l’énergie noire (SH0ES) dirigée par Adam Riess, lauréat du prix Nobel de physique 2011, place H0 à 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc.

    Premier rayonnement après le Big Bang

    H0 peut également être déterminé en interprétant le CMB – qui est le rayonnement micro-ondes omniprésent laissé par le Big Bang il y a plus de 13 milliards d’années. Cependant, cette méthode de mesure de “l’Univers ancien” doit supposer la compréhension physique la plus détaillée de la façon dont l’Univers évolue, le rendant dépendant du modèle. Les ESA Planck satellite a fourni les données les plus complètes sur le CMB, et selon cette méthode, H0 est de 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.

    La tension de Hubble fait référence à cet écart de 5,6 km/s/Mpc, selon que l’on utilise la méthode CMB (univers précoce) ou la méthode de l’échelle de distance (univers tardif). L’implication, à condition que les mesures effectuées dans les deux méthodes soient correctes, est qu’il y a quelque chose qui ne va pas dans la compréhension des lois physiques fondamentales qui régissent l’Univers. Naturellement, cet enjeu majeur souligne à quel point la fiabilité des méthodes des astrophysiciens est essentielle.

    La nouvelle étude de l’EPFL est si importante car elle renforce le premier échelon de l’échelle des distances en améliorant le calibrage des Céphéides en tant que traceurs de distance. En effet, le nouvel étalonnage nous permet de mesurer des distances astronomiques à ± 0,9 % près, ce qui apporte un soutien solide à la mesure de l’Univers tardif. De plus, les résultats obtenus à l’EPFL, en collaboration avec l’équipe SH0ES, ont permis d’affiner la mesure de H0, d’où une meilleure précision et une significativité accrue de la tension de Hubble.

    « Notre étude confirme le taux d’expansion de 73 km/s/Mpc, mais plus important encore, elle fournit également les étalonnages les plus précis et les plus fiables des céphéides en tant qu’outils pour mesurer les distances à ce jour », explique Anderson. “Nous avons développé une méthode qui recherchait les Céphéides appartenant à des amas d’étoiles constitués de plusieurs centaines d’étoiles en testant si les étoiles se déplaçaient ensemble dans la Voie Lactée. Grâce à cette astuce, nous avons pu profiter des meilleures connaissances sur de Gaïa mesures de parallaxe tout en bénéficiant du gain de précision apporté par les nombreuses étoiles membres de l’amas. Cela nous a permis de pousser la précision des parallaxes de Gaia à leur limite et fournit la base la plus solide sur laquelle l’échelle de distance peut reposer.”

    Repenser les concepts de base

    Pourquoi une différence de seulement quelques km/s/Mpc est-elle importante, compte tenu de la vaste échelle de l’Univers ? “Cet écart a une énorme signification”, déclare Anderson. “Supposons que vous vouliez construire un tunnel en creusant deux versants opposés d’une montagne. Si vous avez bien compris le type de roche et si vos calculs sont corrects, alors les deux trous que vous creusez se rencontreront au centre. Mais s’ils ne le font pas, cela signifie que vous avez fait une erreur – soit vos calculs sont faux, soit vous vous trompez sur le type de roche. C’est ce qui se passe avec la constante de Hubble. Plus nous obtenons de confirmation que nos calculs sont précis, plus nous pouvons conclure que l’écart signifie que notre compréhension de l’Univers est erronée, que l’Univers n’est pas tout à fait comme nous le pensions.”

    L’écart a de nombreuses autres implications. Cela remet en question les fondamentaux mêmes, comme la nature exacte de l’énergie noire, le continuum espace-temps et la gravité. “Cela signifie que nous devons repenser les concepts de base qui constituent le fondement de notre compréhension globale de la physique”, explique Anderson.

    L’étude de son groupe de recherche apporte également une contribution importante dans d’autres domaines. “Parce que nos mesures sont si précises, elles nous donnent un aperçu de la géométrie de la Voie lactée”, explique Mauricio Cruz Reyes, doctorant dans le groupe de recherche d’Anderson et auteur principal de l’étude. “L’étalonnage très précis que nous avons développé nous permettra de mieux déterminer la taille et la forme de la Voie lactée en tant que galaxie à disque plat et sa distance par rapport aux autres galaxies, par exemple. Nos travaux ont également confirmé la fiabilité de la Gaïa données en les comparant avec celles prises par d’autres télescopes.”

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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