Nous disposons désormais de preuves supplémentaires que notre galaxie se trouve à l’intérieur d’un énorme vide, et cela pourrait contribuer à résoudre un désaccord sur le rythme d’expansion de l’Univers.
Cette nouvelle étude contredit une hypothèse de base sur la place particulière que nous occupons dans le cosmos et suggère que nous sommes assis dans ce qui pourrait être le plus grand vide connu de l’Univers.
La science n’a pas pour but de faire du bruit, mais les chercheurs ont tendance à se baser sur l’idée que notre époque et notre place dans la nature n’ont rien de spécial, jusqu’à ce que nous ayons des raisons de penser le contraire.
Cette hypothèse, fondée sur le principe cosmologique – la répartition de la matière dans l’espace est relativement uniforme lorsqu’elle est vue à une distance suffisante – signifie que lorsque nous levons les yeux, notre perspective sur l’Univers ne devrait pas être considérée comme particulièrement unique.
À des échelles supérieures à environ 250 millions d’années-lumière, cela reste généralement vrai, mais à un moment donné, l’Univers commence à ressembler un peu à du fromage suisse.
Les trous (ou vides) dans la distribution de la matière peuvent exister à différentes échelles, depuis les lacunes où l’on s’attendrait à trouver des étoiles au milieu d’une galaxie jusqu’à des collections entières de vides qui donnent l’apparence d’un “point froid” de 1,8 milliard d’années-lumière de large dans le rayonnement de fond de l’Univers.
Avec le concept de matière noire, l’image de l’Univers est désormais celle d’amas de galaxies reliés par de longs filaments invisibles, avec des bulles contenant moins de matière entre eux.
L’idée que la Voie lactée se trouve dans un marigot plutôt que dans un centre urbain cosmique a été proposée en 2012 par les astronomes Ryan Keenan, Amy Barger et Lennox Cowie, qui ont publié leurs recherches sur ce que l’on appelle désormais le vide KBC.
Leurs calculs ont estimé que le vide pourrait être assez grand, lui aussi. Avec un diamètre d’environ 1 milliard d’années-lumière, il serait sept fois plus grand que le trou moyen, ce qui le place dans la course au plus grand vide connu de l’Univers.
L’un des étudiants de Barger, Ben Hoscheit, de l’université du Wisconsin-Madison, s’est maintenant penché sur ses travaux précédents, montrant que les variations de la structure de l’Univers primitif correspondent toujours à leurs observations.
“Ben a montré que le profil de densité mesuré par Keenan est cohérent avec les observables cosmologiques”, a déclaré Amy Barger, du département de physique et d’astronomie de l’université d’Hawaï.
Cette cohérence est importante : le fait que nous soyons probablement assis dans le vide n’est pas qu’une simple anecdote intéressante, elle affecte la manière dont nous déterminons un facteur cosmologique important.
La constante de Hubble est un nombre qui décrit l’expansion de l’Univers. Elle est estimée en mesurant la façon dont la lumière des objets distants s’étire lorsqu’ils se déplacent, puis en calculant la distance à laquelle ils se trouvent.
Nous savons depuis près d’un siècle que l’Univers est en expansion, mais au cours des dernières décennies, différents calculs de la constante ont suggéré que le taux d’expansion était plus lent dans l’Univers primitif.
“Quelle que soit la technique utilisée, vous devriez obtenir la même valeur pour le taux d’expansion de l’Univers aujourd’hui”, explique M. Hoscheit.
Ces chiffres sont basés sur le principe cosmologique, donc s’il y a quelque chose d’un peu différent à propos de notre place dans l’Univers, nous devons tenir compte de cette différence.
Par exemple, une constante mesurée par le télescope spatial Hubble repose sur les supernovae qui explosent dans des galaxies proches (et donc proches dans le temps) avec une quantité d’énergie prévisible.
Les mesures effectuées à partir des données prises par l’observatoire Planck utilisent au contraire le fond diffus cosmologique (CMB).
L’une des explications de cette différence est que l’Univers était en expansion plus lente lorsque le rayonnement du CMB était émis, lorsque l’Univers était jeune, et qu’il est maintenant en expansion plus rapide.
Une autre explication est que la constante n’est pas la même localement qu’au loin.
On pense que les différences minimes dans le CMB se traduisent par des structures à grande échelle dans l’Univers, notamment les amas de galaxies entourant des vides relativement vides. Ce sont ces minuscules petites bulles que Hoscheit a examinées.
“Les photons du CMB encodent une image de bébé de l’Univers très précoce”, explique Hoscheit.
“Mais, en fait, ces minuscules différences de température sont exactement ce qui nous permet de déduire la constante de Hubble grâce à cette technique cosmique”, a déclaré Hoscheit.
Hoscheit a présenté ses résultats lors d’une récente réunion de l’American Astronomical Society, et ils doivent encore être soumis au processus d’examen par les pairs. Si l’on garde tout cela à l’esprit, le vide KBC et son rôle dans la constante de Hubble sont encore loin d’être établis.
Cela n’exclut pas non plus un Univers en accélération, même si cela soulève des questions sur la façon dont nous devrions la calculer.
Quoi qu’il en soit, les travaux de Hoscheit montrent qu’il n’y a pas d’observations que nous pouvons faire actuellement pour démontrer que l’hypothèse du vide est vide.
“On veut toujours trouver une cohérence, ou alors il y a un problème quelque part qui doit être résolu”, explique Barger.
Ces recherches ont été présentées à la réunion 2017 de l’American Astronomical Society.