Il y a un mystère déroutant dans l'univers. Les mesures du taux d'expansion cosmique à l'aide de différentes méthodes continuent de donner des résultats divergents. La situation a été qualifiée de «crise».
Le problème est centré sur ce que l'on appelle la constante de Hubble. Nommée en l'honneur de l'astronome américain Edwin Hubble, cette unité décrit la vitesse à laquelle l'univers se dilate à différentes distances de la Terre. À l'aide des données du satellite Planck de l'Agence spatiale européenne (ESA), les scientifiques estiment que le taux est de 46 200 mph par million d'années-lumière (ou, en utilisant les unités des cosmologistes, 67,4 kilomètres / seconde par mégaparsec). Mais les calculs utilisant des étoiles pulsantes appelées Céphéides suggèrent qu'il est de 50 400 mph par million d'années-lumière (73,4 km / s / Mpc).
Si le premier nombre est correct, cela signifie que les scientifiques ont mal mesuré les distances aux objets lointains de l'univers pendant de nombreuses décennies. Mais si la seconde est correcte, les chercheurs devront peut-être accepter l'existence d'une nouvelle physique exotique. Les astronomes, on le comprend, sont assez bien renseignés sur cette divergence.
Qu'est-ce qu'un profane est censé faire de cette situation? Et quelle est l'importance de cette différence qui, pour les étrangers, semble mineure? Afin d'aller au fond de l'affrontement, Live Science a fait appel à Barry Madore, un astronome de l'Université de Chicago et membre d'une des équipes effectuant des mesures de la constante de Hubble.
Le problème commence avec Edwin Hubble lui-même. En 1929, il a remarqué que les galaxies plus éloignées s'éloignaient de la Terre plus rapidement que leurs homologues plus proches. Il a trouvé une relation linéaire entre la distance entre un objet et notre planète et la vitesse à laquelle il reculait.
"Cela signifie que quelque chose de sinistre se passe", a déclaré Madore à Live Science. "Pourquoi serions-nous le centre de l'univers? La réponse, qui n'est pas intuitive, est que cela ne bouge pas. Il y a de plus en plus d'espace créé entre tout."
Hubble a réalisé que l'univers était en expansion, et il semblait le faire à un rythme constant - d'où la constante de Hubble. Il a mesuré la valeur à environ 342 000 miles par heure par million d'années-lumière (501 km / s / Mpc) - presque 10 fois plus grande que ce qui est actuellement mesuré. Au fil des ans, les chercheurs ont affiné ce taux.
Les choses sont devenues plus étranges à la fin des années 1990, lorsque deux équipes d'astronomes ont remarqué que les supernovas distants étaient plus faibles et donc plus loin que prévu, a déclaré Madore. Cela indiquait que non seulement l'univers était en expansion, mais qu'il accélérait également dans son expansion. Les astronomes ont nommé la cause de ce phénomène mystérieux de l'énergie sombre.
Ayant accepté que l'univers faisait quelque chose d'étrange, les cosmologistes se sont tournés vers la prochaine tâche évidente: mesurer l'accélération aussi précisément que possible. Ce faisant, ils espéraient retracer l'histoire et l'évolution du cosmos du début à la fin.
Madore a comparé cette tâche à entrer dans une piste de course et à avoir un aperçu des chevaux qui courent sur le terrain. À partir de ces informations, quelqu'un pourrait-il déduire où tous les chevaux ont commencé et lequel gagnerait?
Ce genre de question peut sembler impossible à répondre, mais cela n'a pas empêché les scientifiques d'essayer. Depuis 10 ans, le satellite Planck mesure le fond des micro-ondes cosmiques, un écho lointain du Big Bang, qui fournit un instantané de l'univers infantile il y a 13 milliards d'années. En utilisant les données de l'observatoire, les cosmologistes ont pu déterminer un nombre pour la constante de Hubble avec un degré d'incertitude extraordinairement faible.
"C'est magnifique", a déclaré Madore. Mais, "cela contredit ce que les gens font depuis 30 ans", a déclaré Madore.
Au cours de ces trois décennies, les astronomes ont également utilisé des télescopes pour observer des céphéides éloignées et calculer la constante de Hubble. Ces étoiles scintillent à un taux constant en fonction de leur luminosité, afin que les chercheurs puissent dire exactement à quel point une céphéide doit être brillante en fonction de ses pulsations. En regardant à quel point les étoiles sont réellement sombres, les astronomes peuvent calculer une distance jusqu'à elles. Mais les estimations de la constante de Hubble utilisant les céphéides ne correspondent pas à celle de Planck.
L'écart peut sembler assez faible, mais chaque point de données est assez précis et il n'y a pas de chevauchement entre leurs incertitudes. Les différentes parties se sont pointées du doigt, disant que leurs adversaires ont inclus des erreurs qui ont gâché leurs résultats, a déclaré Madore.
Mais, a-t-il ajouté, chaque résultat dépend également d'un grand nombre d'hypothèses. Revenant à l'analogie des courses de chevaux, Madore l'a comparé à essayer de déterminer le gagnant tout en devant déduire quel cheval se fatiguera en premier, ce qui gagnera une soudaine explosion d'énergie à la fin, qui glissera un peu sur le mouillé parcelle d'herbe de la pluie d'hier et de nombreuses autres variables difficiles à déterminer.
Si les équipes de Céphéides se trompent, cela signifie que les astronomes ont mal mesuré les distances dans l'univers pendant tout ce temps, a déclaré Madore. Mais si Planck se trompe, il est possible que de la physique nouvelle et exotique doive être introduite dans les modèles cosmologiques de l'univers, a-t-il ajouté. Ces modèles incluent différents cadrans, tels que le nombre de types de particules subatomiques connues sous le nom de neutrinos, et ils sont utilisés pour interpréter les données satellitaires du fond micro-ondes cosmique. Pour réconcilier la valeur de Planck pour la constante de Hubble avec les modèles existants, certains des cadrans devraient être modifiés, a déclaré Madore, mais la plupart des physiciens ne sont pas encore prêts à le faire.
Espérant fournir un autre point de données qui pourrait servir d'intermédiaire entre les deux parties, Madore et ses collègues ont récemment regardé la lumière des étoiles géantes rouges. Ces objets atteignent la même luminosité maximale à la fin de leur vie, ce qui signifie que, comme avec les Céphéides, les astronomes peuvent regarder à quel point ils apparaissent de la Terre pour obtenir une bonne estimation de leur distance et, par conséquent, calculer la constante de Hubble.
Les résultats, publiés en juillet, fournissaient un chiffre tout à fait exact entre les deux mesures antérieures: 47 300 mph par million d'années-lumière (69,8 km / s / Mpc). Et l'incertitude contenait suffisamment de chevauchement pour être potentiellement d'accord avec les résultats de Planck.
Mais les chercheurs n'éclatent pas encore leurs bouchons de champagne, a déclaré Madore. "Nous voulions faire un bris d'égalité", a-t-il déclaré. "Mais cela n'a pas dit de ce côté-ci ou de ce côté-ci. Il a dit qu'il y avait beaucoup plus de slop que tout le monde ne le pensait auparavant."
D'autres équipes ont pesé. Un groupe appelé H0 Lenses dans COSMOGRAIL's Wellspring (H0LICOW) examine des objets brillants éloignés dans le premier univers appelés quasars dont la lumière a été gravée par des objets massifs entre nous et eux. En étudiant ces quasars, le groupe a récemment trouvé une estimation plus proche du côté des astronomes. Les informations de l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO), qui examine les ondes gravitationnelles des étoiles à neutrons en collision, pourraient fournir un autre point de données indépendant. Mais ces calculs en sont encore à leurs débuts, a déclaré Madore, et n'ont pas encore atteint leur pleine maturité.
Pour sa part, Madore a déclaré qu'il pensait que le nombre moyen entre Planck et la valeur des astronomes finirait par prévaloir, bien qu'il ne miserait pas trop sur cette possibilité pour le moment. Mais jusqu'à ce qu'une conclusion soit trouvée, il aimerait voir l'attitude des chercheurs atténuée un peu.
"Beaucoup de mousse a été ajoutée à cela par des gens qui insistent sur le fait qu'ils ont raison", a-t-il déclaré. "C'est suffisamment important pour qu'il soit résolu, mais cela va prendre du temps."
