L’univers s’étend si vite que nous pourrions avoir besoin d’une nouvelle physique pour l’expliquer

L’univers s’étend plus vite que prévu, ce qui suggère que les astronomes pourraient devoir intégrer une nouvelle physique dans leurs théories sur le fonctionnement du cosmos, rapporte une nouvelle étude.

Le taux d’expansion révisé est environ 10% plus rapide que celui prévu par les observations de la trajectoire de l’univers peu après le Big Bang, selon la nouvelle recherche. L’étude réduit également de manière significative la probabilité que cette disparité soit une coïncidence, passant de 1 sur 3 000 à seulement 1 sur 100 000.

« Cette discordance n’a cessé de croître et a maintenant atteint un point qu’il est vraiment impossible de rejeter comme un coup de chance », a déclaré dans un communiqué l’auteur principal de l’étude, Adam Riess, professeur de physique et d’astronomie à l’Université Johns Hopkins de Baltimore.

« Ce n’est pas ce que nous attendions », a déclaré Riess, qui a remporté le prix Nobel de physique en 2011 (avec Brian Schmidt et Saul Perlmutter) pour avoir montré, à la fin des années 1990, que l’expansion de l’univers s’accélère. On ne sait pas très bien ce qui est à l’origine de cette surprenante accélération, mais de nombreux astronomes invoquent une force mystérieuse et répulsive appelée énergie sombre.

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Cette illustration montre les trois étapes de base que les astronomes utilisent pour calculer la vitesse d’expansion de l’univers au fil du temps, une valeur appelée constante de Hubble. Toutes les étapes impliquent la construction d’une solide « échelle de distance cosmique », en commençant par mesurer les distances précises des galaxies proches, puis en passant à des galaxies de plus en plus éloignées. Cette échelle est une série de mesures de différents types d’objets astronomiques ayant une luminosité intrinsèque que les chercheurs peuvent utiliser pour calculer les distances. (Crédit image : NASA, ESA et A. Feild (STScI))

Dans la nouvelle étude, Riess et ses collègues ont utilisé le télescope spatial Hubble pour étudier 70 étoiles variables céphéides dans le Grand Nuage de Magellan (LMC), l’une des galaxies satellites de la Voie lactée. Les variables céphéides s’atténuent et s’éclairent à des rythmes prévisibles et sont donc des « bougies standard » qui permettent aux astronomes de calculer les distances.

(Un autre type de bougie standard, les explosions d’étoiles connues sous le nom de supernovae de type 1a, permet aux scientifiques de mesurer les distances encore plus loin dans l’espace. Les études de Riess, Schmidt et Perlmutter sur les supernovae de type 1a ont conduit à leur découverte qui leur a valu le prix Nobel.)

Riess et son équipe ont également intégré les observations faites par le projet Araucaria, une collaboration impliquant des chercheurs des États-Unis, d’Europe et du Chili, qui ont étudié divers systèmes d’étoiles binaires du LMC, notant l’atténuation qui se produit lorsqu’une étoile passe devant sa voisine. Ce travail a fourni des mesures de distance supplémentaires, aidant l’équipe d’étude à améliorer sa compréhension de la luminosité intrinsèque des Céphéides.

Les chercheurs ont utilisé toutes ces informations pour calculer le taux d’expansion actuel de l’univers, une valeur connue sous le nom de constante de Hubble, d’après l’astronome américain Edwin Hubble. Le nouveau chiffre est d’environ 46,0 miles (74,03 kilomètres) par seconde et par mégaparsec ; un mégaparsec correspond à peu près à 3,26 millions d’années-lumière.

L’incertitude attachée à ce nombre n’est que de 1,9 %, ont précisé les chercheurs. C’est la valeur d’incertitude la plus faible à ce jour qui a été calculée en utilisant cette approche – en baisse par rapport à environ 10% en 2001 et 5% en 2009.

Le taux d’expansion « prévu », en revanche, est d’environ 41,9 miles (67,4 km) par seconde par mégaparsec. Ce taux prévu est basé sur les observations que le satellite européen Planck a faites du fond diffus cosmologique – la lumière laissée par le Big Bang qui a créé l’univers il y a 13,82 milliards d’années.

« Il ne s’agit pas simplement de deux expériences en désaccord. Nous mesurons quelque chose de fondamentalement différent », a déclaré Riess.

« L’une est une mesure de la vitesse d’expansion de l’univers aujourd’hui, telle que nous la voyons. L’autre est une prédiction basée sur la physique de l’univers primitif et sur les mesures de la vitesse à laquelle il devrait s’étendre », a-t-il ajouté. « Si ces valeurs ne concordent pas, il devient très probable qu’il nous manque quelque chose dans le modèle cosmologique qui relie les deux époques. »

La nouvelle étude a été publiée aujourd’hui (25 avril) dans The Astrophysical Journal. Vous pouvez la lire gratuitement sur le site de préimpression en ligne arXiv.org.

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Le livre de Mike Wall sur la recherche de la vie extraterrestre, « Out There » (Grand Central Publishing, 2018 ; illustré par Karl Tate), est sorti maintenant. Suivez-le sur Twitter @michaeldwall. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom ou sur Facebook.

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