A quelle vitesse grandit l'Univers ? Cette question anime l'un des débats les plus vifs parmi la communauté des cosmologistes. Elle revient à calculer le taux d'expansion de l'Univers, mesurée par la constante de Hubble « Ho ». Jusqu'à présent, deux méthodes différentes arrivent à des résultats... différents ! Elle vaudrait 67,4 km/s/Mpc dans un cas, 74,0 km/s/Mpc dans l'autre - ce qui signifie que sur une distance de 3,26 millions d'années-lumière, laquelle correspond à 1 megaparsec (Mpc), l'Univers grandit de 74 km toutes les secondes. Qui a raison ? Une nouvelle mesure publiée dans Journal of Cosmology and Astroparticle Physics vient apporter du renfort à la valeur la plus basse. Menée avec le télescope cosmologique d'Atacama (Chili), elle parvient à une valeur de 67,9 km/s/Mpc, sans pour autant tuer le débat.
La taille de l'Univers a été multiplié par mille depuis l'émission de la première lumière
Pour bien comprendre l'enjeu, il faut revenir sur les deux méthodes utilisées jusqu'ici. L'une repose sur l'analyse du fond diffus cosmologique (FDC), la première lumière émise par l'Univers lorsqu'il n'avait que 380.000 ans. Elle a jailli à environ 2800°C. Mais c'était il y a 13,77 milliards d'années. De l'eau a coulé sous les ponts si l'on peut dire, et la taille de l'Univers a été multipliée par mille. Aujourd'hui, ce rayonnement ne « brille » plus que dans le domaine des ondes radios, correspondant à une température d'environ -270°C. Ce qui intéresse surtout les cosmologistes, c'est qu'il est inhomogène, avec d'infimes variations de température, environ 0,0001°C, d'un point à un autre. Or, ces fluctuations primordiales traduisent celles d'aujourd'hui. Notre Univers se compose de zones riches en matière, emplies d'amas de galaxies, et d'autres presque vides. Le chemin est complexe, mais disons que les amas d'aujourd'hui sont les héritiers des zones un peu plus chaudes de l'Univers primordial... Alors pour qui sait les lire, ces petites différences livrent bien des informations sur l'Univers à ses débuts, notamment la quantité de matière et d'énergie qui le constituaient, mais aussi la fameuse constante de Hubble.
A quelle vitesse grandit l'Univers ? Cette question anime l'un des débats les plus vifs parmi la communauté des cosmologistes. Elle revient à calculer le taux d'expansion de l'Univers, mesurée par la constante de Hubble « Ho ». Jusqu'à présent, deux méthodes différentes arrivent à des résultats... différents ! Elle vaudrait 67,4 km/s/Mpc dans un cas, 74,0 km/s/Mpc dans l'autre - ce qui signifie que sur une distance de 3,26 millions d'années-lumière, laquelle correspond à 1 megaparsec (Mpc), l'Univers grandit de 74 km toutes les secondes. Qui a raison ? Une nouvelle mesure publiée dans Journal of Cosmology and Astroparticle Physics vient apporter du renfort à la valeur la plus basse. Menée avec le télescope cosmologique d'Atacama (Chili), elle parvient à une valeur de 67,9 km/s/Mpc, sans pour autant tuer le débat.
La taille de l'Univers a été multiplié par mille depuis l'émission de la première lumière
Pour bien comprendre l'enjeu, il faut revenir sur les deux méthodes utilisées jusqu'ici. L'une repose sur l'analyse du fond diffus cosmologique (FDC), la première lumière émise par l'Univers lorsqu'il n'avait que 380.000 ans. Elle a jailli à environ 2800°C. Mais c'était il y a 13,77 milliards d'années. De l'eau a coulé sous les ponts si l'on peut dire, et la taille de l'Univers a été multipliée par mille. Aujourd'hui, ce rayonnement ne « brille » plus que dans le domaine des ondes radios, correspondant à une température d'environ -270°C. Ce qui intéresse surtout les cosmologistes, c'est qu'il est inhomogène, avec d'infimes variations de température, environ 0,0001°C, d'un point à un autre. Or, ces fluctuations primordiales traduisent celles d'aujourd'hui. Notre Univers se compose de zones riches en matière, emplies d'amas de galaxies, et d'autres presque vides. Le chemin est complexe, mais disons que les amas d'aujourd'hui sont les héritiers des zones un peu plus chaudes de l'Univers primordial... Alors pour qui sait les lire, ces petites différences livrent bien des informations sur l'Univers à ses débuts, notamment la quantité de matière et d'énergie qui le constituaient, mais aussi la fameuse constante de Hubble.
Deux valeurs pour une seule constante
Le satellite européen Planck a mesuré le FDC depuis l'espace entre 2009 et 2013, avec une grande précision, et il a abouti à Ho = 67,4. La valeur haute de 74 a été obtenue via une toute autre méthode par Adam Riess, prix Nobel de physique en 2011. Elle se fonde sur l'étude des supernovae, ces explosions d'étoiles en fin de vie. Très spectaculaires, elles sont visibles même lorsqu'elles se produisent dans des galaxies lointaines. Riess a choisi de scruter un type de supernovae particulier, les « IA », dont on connaît très bien la luminosité. En comparant l'intensité lumineuse émise à celle reçue sur Terre, il est possible de déterminer la distance nous séparant de l'étoile. Mieux. L'onde lumineuse qui voyage vers nous subit la dilatation de l'espace-temps, et se trouve donc étirée. Voilà comment, grâce à cette déformation de l'onde, Riess a pu calculer la constante de Hubble. Mais il a trouvé 74...
Revoir nos modèles d'Univers
L'écart ne paraît pas irréconciliable. Il l'est pourtant. Comme toute mesure physique, ces deux valeurs de Ho sont calculées avec une marge d'erreur. Mais même en considérant cette fourchette, les deux mesures ne peuvent pas se chevaucher. D'où l'importance d'en faire d'autres pour les départager. Si c'est possible ! La mesure réalisée par le télescope cosmologique d'Atacama s'inscrit dans la même logique que le satellite Planck. "Nous avons également travaillé sur le fond diffus cosmologique, mais depuis le sol, détaille pour Sciences et Avenir Thibaut Louis, du laboratoire de physique des 2 infinis Irène Joliot Curie (CNRS-Université Paris-Saclay) et cosignataire de la publication. Le satellite Planck, affranchi de l'atmosphère, disposait de meilleures conditions d'observations. Mais il les faisait avec un télescope de 1,5 mètre de diamètre. Le nôtre mesure six mètres. Nous disposions donc d'une meilleure résolution angulaire, qui nous a permis de mesurer de plus petits détails dans le CMB. Et au final, de confirmer précisément leur valeur de la constante de Hubble". Cette nouvelle mesure va-t-elle faire taire la controverse ? "Sûrement pas, reprend Thibaut Louis. Notre résultat valide celui obtenu par le satellite Planck. Mais la valeur de 74 a été déterminée par une toute autre méthode, qui « regarde » moins loin dans le temps que la nôtre. Nous ne démontrons pas que cette approche est fausse. D'ailleurs, il faut espérer qu'elle ne l'est pas. Car si d'autres mesures venaient à leur tour conforter celle d'Adam Riess, alors c'est notre modèle de l'Univers qu'il faudrait revoir. Et ça, ce serait passionnant !"
