Juste au moment où nous pensons que nous comprenons assez bien l'Univers, des astronomes viennent tout renverser. Dans ce cas, quelque chose d'essentiel à tout ce que nous savons et voyons a été renversé: le taux d'expansion de l'Univers lui-même, alias la constante de Hubble.
Une équipe d'astronomes utilisant le télescope Hubble a déterminé que le taux d'expansion est entre cinq et neuf pour cent plus rapide que précédemment mesuré. La constante de Hubble n'est pas une curiosité qui peut être mise de côté jusqu'à ce que les prochaines avancées en mesure. Cela fait partie intégrante de la nature même de tout ce qui existe.
"Cette découverte surprenante peut être un indice important pour comprendre ces parties mystérieuses de l'univers qui constituent 95% de tout et n'émettent pas de lumière, comme l'énergie sombre, la matière noire et le rayonnement sombre", a déclaré le chef de l'étude et lauréat du prix Nobel Adam Riess du Space Telescope Science Institute et de l'Université Johns Hopkins, tous deux à Baltimore, Maryland.
Mais avant d'entrer dans les conséquences de cette étude, revenons un peu en arrière et regardons comment la constante de Hubble est mesurée.
Mesurer le taux d'expansion de l'Univers est une entreprise délicate. En utilisant l'image en haut, cela fonctionne comme ceci:
- Dans la Voie lactée, le télescope Hubble est utilisé pour mesurer la distance aux variables de Céphéide, un type d'étoile pulsante. La parallaxe est utilisée pour ce faire, et la parallaxe est un outil de base de la géométrie, qui est également utilisé dans l'arpentage. Les astronomes savent quelle est la véritable luminosité des Céphéides, donc la comparer à leur luminosité apparente de la Terre donne une mesure précise de la distance entre l'étoile et nous. Leur taux de pulsation affine également le calcul de la distance. Les variables céphéides sont parfois appelées «étalons cosmiques» pour cette raison.
- Ensuite, les astronomes se tournent vers d'autres galaxies voisines qui contiennent non seulement des variables Céphéides, mais aussi une supernova de type 1a, un autre type d'étoile bien compris. Ces supernovae, qui sont bien sûr des étoiles qui explosent, sont un autre critère fiable pour les astronomes. La distance à ces galaxies est obtenue en utilisant les céphéides pour mesurer la véritable luminosité des supernovae.
- Ensuite, les astronomes pointent le Hubble vers des galaxies encore plus éloignées. Celles-ci sont si éloignées que les céphéides de ces galaxies ne sont pas visibles. Mais les supernovae de type 1a sont si brillantes qu'elles peuvent être vues, même à ces distances énormes. Ensuite, les astronomes comparent les luminosités réelles et apparentes des supernovae pour mesurer la distance où l'expansion de l'Univers peut être vue. La lumière des supernovae éloignées est «décalée vers le rouge», ou étirée, par l'expansion de l'espace. Lorsque la distance mesurée est comparée au décalage vers le rouge de la lumière, elle donne une mesure du taux d'expansion de l'Univers.
- Respirez profondément et relisez tout cela.
La grande partie de tout cela est que nous avons une mesure encore plus précise du taux d'expansion de l'Univers. L'incertitude de la mesure est tombée à 2,4%. La partie difficile est que ce taux d'expansion de l'Univers moderne ne correspond pas à la mesure de l'Univers ancien.
Le taux d'expansion de l'Univers primitif est obtenu à partir du rayonnement résiduel du Big Bang. Lorsque cette rémanence cosmique est mesurée par la sonde d’anisotropie à micro-ondes de la NASA (WMAP) et le satellite Planck de l’ESA, elle donne un taux d’expansion plus faible. Donc, les deux ne s’alignent pas. C'est comme construire un pont, où la construction commence aux deux extrémités et devrait s'aligner au moment où vous arrivez au milieu. (Avertissement: je ne sais pas si les ponts sont construits comme ça.)
"Vous commencez à deux extrémités, et vous vous attendez à vous rencontrer au milieu si tous vos dessins sont corrects et vos mesures sont correctes", a déclaré Riess. "Mais maintenant, les fins ne se rencontrent pas tout à fait au milieu et nous voulons savoir pourquoi."
"Si nous connaissons les quantités initiales de choses dans l'univers, telles que l'énergie noire et la matière noire, et que nous avons la physique correcte, alors vous pouvez passer d'une mesure au moment peu de temps après le big bang et utiliser cette compréhension pour prédire comment rapidement l'univers devrait se développer aujourd'hui », a déclaré Riess. "Cependant, si cet écart persiste, il semble que nous ne puissions pas avoir la bonne compréhension, et cela change la taille de la constante de Hubble aujourd'hui."
Pourquoi tout ne s’additionne pas est le plaisir, et peut-être exaspérant, une partie de cela.
Ce que nous appelons l'énergie noire est la force qui entraîne l'expansion de l'Univers. L'énergie noire se renforce-t-elle? Ou que diriez-vous de Dark Matter, qui comprend la majeure partie de la masse de l'Univers. Nous savons que nous n'en savons pas grand-chose. Peut-être en savons-nous encore moins que cela, et sa nature évolue avec le temps.
"Nous savons si peu de choses sur les parties sombres de l'univers, il est important de mesurer comment elles poussent et tirent sur l'espace au cours de l'histoire cosmique", a déclaré Lucas Macri de la Texas A&M University à College Station, un collaborateur clé de l'étude.
L'équipe travaille toujours avec le Hubble pour réduire l'incertitude dans les mesures du taux d'expansion. Des instruments comme le James Webb Space Telescope et le European Extremely Large Telescope pourraient aider à affiner encore plus la mesure et à résoudre ce problème impérieux.
