L'expansion de l'Univers est bien plus rapide qu'on ne le pensait

La NASA et l'Agence spatiale européenne (ESA) ont utilisé le télescope spatial Hubble pour mesurer la distance d'étoiles situées dans 19 galaxies autres que la Voie Lactée, et constaté que l'expansion de l'Univers est 5 à 9 % plus rapide qu'on ne le pensait.


La vitesse de l'expansion ne correspond pas aux prévisions basées sur les mesures du rayonnement laissé par le Big Bang, qui a engendré l'Univers connu il y a environ 13,8 milliards d'années. La nouvelle étude a observé les signatures lumineuses d'environ 2 400 étoiles variables de type céphéide dans 19 galaxies, ainsi que celles de 300 supernovæ de type 1a. Ces étoiles et ces supernovæ ont une luminosité parfaitement déterminée, et font donc partie de l'échelle des distances cosmiques, qui sert aux astronomes à mesurer les distances qui séparent les galaxies.

Les objets célestes qui constituent cette échelle ont un facteur connu qui peut être mesuré avec une grande exactitude. Les astronomes savent ainsi quelle sera la luminosité d'une supernova de type 1a, et qu'il existe une corrélation très étroite entre la magnitude absolue moyenne d'une céphéide et sa période de pulsation. Les chercheurs ont ensuite comparé les observations avec le décalage vers le rouge de la lumière des galaxies qui s'éloignent de nous, ce qui permet d'estimer l'allongement des distances et donc de calculer la vitesse de l'expansion universelle. Cette valeur est celle de la constante de Hubble.

Le dernier résultat, qui est de 73,2 km/s, s'accompagne d'une réduction de 76 % de l'incertitude sur la constante de Hubble par rapport à 2005, lorsque le projet Supernova H0 for the Equation of State (SHOES) a commencé à cartographier l'expansion de l'Univers. Vu qu'un mégaparsec équivaut à 3,26 millions d'années-lumière, cet ajustement de la constante conduira à doubler d'ici 9,8 milliards d'années-lumière la distance entre les objets cosmiques.

Cependant, cette valeur de l'expansion ne correspond pas aux précédentes prévisions basées sur d'autres observations faites par la sonde Wilkinson (Microwave Anisotropy Probe) de la NASA et par le satellite Planck de l'ESA. Tous deux ont été mis en orbite pour étudier le fond lumineux résultant du Big Bang, et ont obtenu des valeurs inférieures et légèrement différentes pour l'expansion cosmique, respectivement 5 et 9 % plus faibles.

"Nous partons de chaque extrémité, et nous escomptons nous rencontrer au milieu, si les calculs et les mesures sont justes", commentait Adam Riess, auteur principal de l'étude et Prix Nobel. "Malheureusement nous avons un écart, et nous voulons savoir pourquoi."


Les chercheurs de cette étude conjointe entre la NASA et l'ESA estiment que le coupable de cette accélération inattendue pourrait être l'une des composantes invisibles de l'Univers (qui n'émettent ni lumière ni rayonnement) comme la matière noire, l'énergie sombre ou la radiation sombre. Ces composantes ne peuvent être étudiées directement, et les astronomes doivent s'en remettre à leur influence sur la matière visible, par exemple les galaxies et les superamas.

Il se peut que la matière noire soit responsable de l'accélération de l'expansion à cause d'une caractéristique qui n'a pas encore été découverte par suite des lacunes dans les capacités d'observation. L'écart pourrait aussi signifier que la théorie de la relativité d'Albert Einstein est incomplète lorsqu'on l'applique à l'échelle de l'Univers. Une autre possibilité est que l'énergie sombre éloigne les galaxies avec bien plus de force que prévue. Enfin, la radiation sombre, constituée d'une famille de particules subatomiques se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, pourrait avoir apporté l'énergie nécessaire pour accélérer l'expansion de l'Univers jeune.

Une conséquence à très long terme de cette expansion accélérée de l'Univers est que dans un futur très éloigné (de nombreux milliards d'années) toutes les autres galaxies pourraient avoir franchi un "horizon cosmique", laissant la Voie Lactée toute seule dans l'Univers visible.

Mais aujourd'hui et sur Terre, l'équipe de chercheurs de la NASA et de l'ESA veut réduire à 1 % l'incertitude sur la constante de Hubble. Elle utilisera pour cela les tous derniers télescopes, dans l'espace comme le James Webb Space Telescope (JWST), et au sol comme le télescope géant européen (E-ELT, pour European Extremely Large Telescope) de l'ESO.

Pour plus d'informaton voir: NASA's Hubble Finds Universe Is Expanding Faster Than Expected