Une nouvelle énigme cosmologique à cause de l'expansion de l'univers
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La mesure la plus précise sur le taux d’expansion de l’univers mène vers une énigme cosmologique. Et les anomalies dans les observations pourraient pointer vers une nouvelle physique.
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La mesure la plus précise du taux d’expansion de l’univers a produit une valeur qui est incompatible avec la mesure de la radiation laissée par le Big Bang. Si ces découvertes sont confirmées par des techniques indépendantes, alors c’est simple, il faut réécrire les lois de la cosmologie. Cela pourrait même signifier que l’énergie noire, la force inconnue qui semble être la responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers, a augmenté sa force depuis la nuit des temps.
Je pense qu’il y a quelque chose dans le modèle standard cosmologique qu’on ne comprend pas selon Adam Riess, astrophysicien à l’université de John Hopkins au Maryland. Ce chercheur a découvert l’énergie noire en 1998 et il dirige cette nouvelle étude. Kevork Abazajian, un cosmologue de l’université de Californie, a déclaré que ces résultats ont le potentiel de transformer radicalement la cosmologie.
L’incertitude des limites
Dans notre modèle cosmologique actuel, l’univers évolue principalement à cause de la matière et de l’énergie noire. La gravitation de la matière noire tend à ralentir l’expansion cosmique tandis que l’énergie noire fait le contraire en provoquant l’accélération de l’univers. De précédentes observations par Riess et d’autres suggéraient que la force de l’énergie noire est constante à travers tout l’univers.
On connait les contributions de l’énergie et de la matière noire grâce à la radiation provoquée par le Big Bang qu’on connait comme le fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile. L’étude la plus exhaustive, montrant le portrait d’un univers de jeune de 400 000 ans, a été effectuée par l’observatoire Plank de l’Agence Spatiale Européenne. En se basant sur les mesures de Planck, les cosmologues peuvent prédire l’évolution de l’univers jeune incluant l’accélération de son expansion à n’importe quel point de son histoire.
Depuis des années, ces prédictions ne correspondent pas avec les mesures directes du taux actuel de l’expansion cosmique qu’on connait comme la constante Hubble (Loi de Hubble). Mais jusqu’à présent, les marges d’erreur dans cette constante étaient suffisamment larges pour qu’on ignore le problème de la correspondance entre les mesures. On calcule la constance d’Hubble en observant la vitesse d’éloignement des galaxies par rapport à la Voie lactée en utilisant la lumière des étoiles comme des chandelles standards.
Dans leur dernier papier, l’équipe de Riess a étudié 2 types de chandelles standards dans 18 galaxies en utilisant des centaines d’heures d’observation du télescope spatial Hubble. Leur papier qui est disponible sur arXiv, mais qui sera aussi publié dans une revue, rapporte qu’ils ont mesuré la constante avec une incertitude de 2,4 % comparé au 3,3 % avec les précédentes mesures. L’accélération de l’expansion de l’univers est 8 % plus rapide que les prédictions par les données de Planck.
Le mystère de la matière noire
Si les nouvelles mesures de la constante d’Hubble et celle de l’équipe de Planck sont correctes, alors on doit changer quelque chose dans le modèle standard selon Riess. Une possibilité est que les particules élémentaires qui constituent la matière noire possèdent des propriétés différentes par rapport à ce qu’on pensait auparavant. Si c’est le cas, alors cela pourrait affecter l’évolution de l’univers jeune. Une autre option est que l’énergie noire n’est pas constante, mais qu’elle s’est renforcée au fil du temps.
François Bouchet, chercheur de Planck à l’Institut d’Astrophysique à Paris a déclaré qu’il doute que le problème provient des mesures de l’équipe et que ces nouvelles découvertes sont excitantes quelle que soit la solution. Une autre possibilité est que les chandelles standards ne sont pas fiables pour la précision des mesures selon Wendy Freedman, une astronome de l’université de Chicago en Illinois. En 2001, elle a effectué la première mesure précise de la constante d’Hubble. Elle et son équipe travaillent désormais sur une méthode alternative basée sur une différente classe d’étoiles.
