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L’Univers est en expansion, mais à quelle vitesse ? Et comment le savoir ? Ces questions sont au cœur de la cosmologie, la science qui étudie l’origine et l’évolution de l’Univers. Pour y répondre, les scientifiques ont utilisé différentes méthodes basées sur des observations et des données. Mais les résultats ne sont pas toujours cohérents. Une nouvelle technique basée sur l’observation d’une supernova particulière pourrait apporter des réponses plus précises.
L’accélération de l’expansion de l’Univers
L’Univers ne se contente pas de s’étendre. Il s’étend de plus en plus vite. C’est ce que révèlent les observations des supernovae de type Ia. Ce sont des explosions d’étoiles qui servent de repères pour mesurer les distances cosmiques. En comparant la luminosité apparente et réelle de ces supernovae, les astronomes ont constaté qu’elles étaient plus faibles que prévu. Si l’Univers s’étendait à un rythme constant, elles seraient plus brillantes. Cela implique que l’Univers s’accélère sous l’effet d’une mystérieuse énergie sombre.
Qu’est-ce qu’une supernova de type Ia ?
Une supernova de type Ia est le résultat de l’explosion d’une naine blanche. C’est un résidu d’étoile qui a épuisé son carburant nucléaire. La naine blanche est en orbite autour d’une autre étoile. Elle aspire progressivement la matière de cette étoile. Lorsque sa masse dépasse une limite critique, elle devient instable et explose. Elle libère alors une énorme quantité d’énergie.
Pourquoi les supernovae de type Ia sont-elles utiles pour mesurer les distances ?
Les supernovae de type Ia ont la particularité d’avoir une luminosité intrinsèque très similaire, quelle que soit leur origine. Cela signifie qu’on peut connaître leur distance en observant leur luminosité apparente. C’est la quantité de lumière qu’elles nous envoient. Plus une supernova est loin, moins elle nous paraît brillante. En connaissant la distance et le décalage vers le rouge d’une supernova, on peut aussi calculer sa vitesse d’éloignement.
Deux mesures contradictoires de l’expansion
Pour quantifier l’expansion de l’Univers, les scientifiques utilisent une valeur appelée la constante de Hubble. Elle indique la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent les unes des autres en fonction de leur distance. Il existe deux façons principales de mesurer cette constante :
- La première utilise les supernovae de type Ia proches pour calculer leur distance et leur vitesse d’éloignement.
- La seconde utilise le fond diffus cosmologique pour déduire les propriétés de l’Univers primordial et son évolution.
Le problème est que ces deux méthodes ne donnent pas le même résultat. La première donne une valeur d’environ 74 km/s/Mpc. La seconde donne une valeur d’environ 67 km/s/Mpc. Cette différence de 10 % remet en question les modèles cosmologiques actuels. Elle pourrait indiquer que notre compréhension de l’Univers est incomplète.
Qu’est-ce que le fond diffus cosmologique ?
Le fond diffus cosmologique est le rayonnement électromagnétique le plus ancien que l’on puisse observer dans l’Univers. Il provient d’une époque où l’Univers était encore très chaud et dense, environ 380 000 ans après le Big Bang. À ce moment-là, les photons ont pu se libérer des atomes et se propager librement dans l’espace. En analysant les fluctuations de température et de polarisation du fond diffus cosmologique, on peut remonter aux conditions initiales de l’Univers et à son évolution.
Pourquoi y a-t-il une différence entre les deux mesures ?
Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer la différence entre les deux mesures de la constante de Hubble. Il se peut qu’il y ait des erreurs systématiques dans l’une ou l’autre des méthodes. Par exemple, elles peuvent être liées à la calibration des instruments ou à la sélection des données. Il se peut aussi qu’il y ait des effets locaux qui biaisent la mesure basée sur les supernovae proches. Par exemple, la présence de matière noire ou de poussière interstellaire. Il se peut enfin qu’il y ait une nouvelle physique qui échappe aux modèles actuels. Par exemple, une variation de la constante de Hubble au cours du temps ou une nouvelle forme d’énergie sombre.
Une nouvelle technique basée sur les quasars
Pour résoudre ce dilemme, des chercheurs de l’université du Minnesota ont mis au point une nouvelle technique. Elle utilise une supernova très spéciale : la supernova Refsdal. Cette supernova a été découverte en 2014 dans une galaxie située à environ 9 milliards d’années-lumière de nous. Mais ce qui la rend unique, c’est qu’elle a été observée à plusieurs reprises et à plusieurs endroits différents. Cela est dû à un phénomène appelé lentille gravitationnelle.
Une lentille gravitationnelle se produit lorsque la lumière d’une source lointaine est déviée et amplifiée par la gravité d’un objet massif. Cet objet est situé entre la source et l’observateur. Dans le cas de la supernova Refsdal, l’objet massif est un amas de galaxies. Il agit comme une loupe cosmique. Il crée plusieurs images de la supernova autour de lui. Elles forment une croix d’Einstein.
Les chercheurs ont utilisé une idée proposée en 1964 par l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal. Il a donné son nom à la supernova. Il s’agit d’utiliser le décalage temporel entre les différentes images de la supernova pour mesurer la constante de Hubble. En effet, la lumière qui suit des chemins différents met des temps différents pour nous parvenir. En connaissant le temps écoulé entre les apparitions successives de la supernova, on peut calculer sa distance et sa vitesse d’éloignement.
Les résultats, publiés dans la revue Science, montrent que la valeur obtenue avec cette technique est proche de celle obtenue avec le fond diffus cosmologique : environ 66 km/s/Mpc. Cela renforce l’hypothèse que la mesure basée sur les supernovae proches pourrait être biaisée par des effets locaux ou des erreurs systématiques. Cette nouvelle technique offre donc une nouvelle façon indépendante et prometteuse de mesurer l’expansion de l’Univers.
Que notre connaissance de l’univers soit encore très parcellaire est une certitude ! Et les chercheurs qui le reconnaissent ont dû être saisis par l’humilité ….
de même la connaissance de notre planète reste très parcellaire et les informations que l’on nous jettent devraient être empreintes de beaucoup plus d’humilité…….