Non, l’Univers ne s’étend pas à un rythme accéléré, disent les physiciens

En 2011, trois astronomes ont reçu le prix Nobel de physique pour avoir découvert que l’Univers n’était pas seulement en expansion, mais qu’il se développait à un rythme accéléré.

Cette découverte a conduit à l’acceptation généralisée de l’idée que notre Univers est dominé par une force mystérieuse appelée modèle standard de la cosmologie pour toujours. Mais aujourd’hui, les physiciens remettent en question cette conclusion, et ils disposent d’un ensemble de données beaucoup plus important pour les étayer. l’énergie sombre, et a modifié le modèle standard de la cosmologie

Pour la petite histoire, le prix Nobel de physique 2011 a été partagé entre les cosmologistes Saul Perlmutter, de l’université de Californie à Berkeley, Adam Riess, de l’université Johns Hopkins, et Brian Schmidt, de l’université nationale australienne.

Dans les années 1990, ces trois scientifiques faisaient partie d’équipes concurrentes qui mesuraient des supernovae lointaines de type 1a – la fin violente d’un type d’étoile appelé naine blanche.

Les naines blanches sont constituées de l’une des formes de matière les plus denses de l’Univers connu, dépassée seulement par les trous noirs, les étoiles à neutrons et les étoiles à gaz

Alors qu’une naine blanche typique ne sera que légèrement plus grande que la Terre, elle aura à peu près la même masse que notre Soleil. Pour mettre cela en perspective, on pourrait faire tenir environ 1 300 000 Terres à l’intérieur du Soleil.

Imaginez maintenant que cette étoile morte, incroyablement dense, s’effondre sous le poids de sa propre gravité. Nous parlons ici d’un niveau de luminosité environ 5 milliards de fois supérieur à celui du Soleil.

Étant donné que chaque supernova de type 1a explose avec à peu près la même luminosité, la quantité de lumière qu’elle émet peut être utilisée comme une indication de sa distance par rapport à la Terre – et de légers changements de couleur peuvent également être utilisés pour déterminer à quelle vitesse elle se déplace.

Lorsque Perlmutter, Riess et Schmidt ont mesuré toutes les données relatives aux supernovae de type 1a connues, enregistrées par le télescope spatial Hubble et un certain nombre de grands télescopes terrestres, ils ont découvert quelque chose d’incroyablement étrange.

Comme l’a expliqué l’Académie royale suédoise le matin de l’annonce du prix Nobel à Stockholm :

“Dans un Univers dominé par la matière, on pourrait s’attendre à ce que la gravité finisse par ralentir l’expansion. Imaginez donc la stupéfaction totale lorsque deux groupes de scientifiques… ont découvert que l’expansion ne ralentissait pas, mais qu’elle s’accélérait.

En comparant la luminosité des supernovae lointaines avec celle des supernovae proches, les scientifiques ont découvert que les supernovae lointaines étaient environ 25 % trop faibles. Elles étaient trop éloignées. L’Univers s’accélérait. Et donc cette découverte est fondamentale et constitue une étape importante pour la cosmologie. Et un défi pour les générations de scientifiques à venir.”

La découverte a été étayée par des données collectées séparément sur des sujets tels que l’amas de galaxies et le Big Bang. Le fond diffus cosmologique – la faible rémanence de l’Univers – a été découvert par les chercheurs

Au début de l’année, des scientifiques de la NASA et de l’ESA ont découvert que l’Univers pourrait s’étendre environ 8 % plus vite qu’on ne le pensait à l’origine.

De l’avis général, il s’agissait d’une découverte solide (prix Nobel solide), mais elle posait une question très difficile : si la gravité collective de toute la matière expulsée dans l’Univers par le Big Bang ralentissait tout, comment pouvait-elle s’accélérer ?

Comme Brendan Cole l’a rapporté pour nous en mai :

“Il y a quelque chose dans l’Univers qui écarte physiquement l’espace plus vite que la gravité ne peut le rassembler. L’effet est faible – il n’est perceptible que lorsque l’on observe des galaxies lointaines – mais il est bien là. Il est connu sous le nom d’énergie sombre – “sombre”, car personne ne sait ce que c’est.”

Depuis que les scientifiques ont proposé l’énergie sombre pour la première fois, personne n’a réussi à comprendre ce qu’elle pourrait être en réalité.

Mais aujourd’hui, une équipe internationale de physiciens a remis en question l’accélération de l’expansion de l’Univers, et elle dispose d’une base de données beaucoup plus importante de supernovae de type 1a pour l’étayer.

En appliquant un modèle analytique différent aux 740 supernovae de type Ia qui ont été identifiées jusqu’à présent, l’équipe affirme avoir été en mesure de rendre compte des différences subtiles entre elles comme jamais auparavant.

Selon eux, les techniques statistiques utilisées par l’équipe initiale étaient trop simplistes et reposaient sur un modèle conçu dans les années 1930, qui ne peut être appliqué de manière fiable à l’ensemble croissant de données sur les supernovas.

Ils mentionnent également que le fond diffus cosmologique n’est pas directement affecté par l’énergie sombre, et qu’il ne sert donc que de preuve “indirecte”.

“Nous avons analysé le dernier catalogue de 740 supernovae de type Ia – plus de 10 fois plus grand que les échantillons originaux sur lesquels l’affirmation de la découverte était basée – et nous avons constaté que la preuve de l’accélération de l’expansion est, au plus, ce que les physiciens appellent ‘3 sigma'”, rapporte le chercheur principal, Subir Sarkar, de l’Université d’Oxford.

“C’est bien loin de la norme de ‘5 sigma’ requise pour prétendre à une découverte d’importance fondamentale.”

Au lieu de trouver des preuves pour soutenir l’expansion accélérée de l’Univers, Sarkar et son équipe disent qu’il semble que l’Univers s’étende à un rythme constant. Si c’est vraiment le cas, cela signifie que nous n’avons pas besoin de l’énergie sombre pour l’expliquer.

“Un cadre théorique plus sophistiqué tenant compte de l’observation selon laquelle l’Univers n’est pas exactement homogène et que sa matière ne se comporte pas nécessairement comme un gaz idéal – deux hypothèses clés de la cosmologie standard – pourrait bien être en mesure de rendre compte de toutes les observations sans nécessiter d’énergie sombre”, explique-t-il.

Pour être clair, il ne s’agit que d’une seule étude, et il s’agit d’une affirmation importante et extrêmement controversée selon laquelle une découverte récompensée par un prix Nobel est fondamentalement fausse. (Car je n’ai pas besoin de vous dire que les prix Nobel ne sont pas attribués à la légère).

Mais la reproduction des résultats est essentielle en science, et si nous disposons d’un ensemble de données plus important qu’il y a cinq ans, nous devons l’utiliser pour confirmer – ou corriger – les découvertes précédentes.

La question qui se pose maintenant est de savoir si l’équipe de Sarkar a appliqué son nouveau modèle statistique aux données d’une manière qui reflète au mieux la science, et il est probable que cela incitera un grand nombre de physiciens à déterminer ce qui est juste – Univers en accélération ou Univers constant.

“Naturellement, il faudra beaucoup de travail pour en convaincre la communauté des physiciens, mais notre travail sert à démontrer qu’un pilier clé du modèle cosmologique standard est plutôt fragile”, déclare Sarkar.

“Espérons que cela motivera de meilleures analyses des données cosmologiques, tout en incitant les théoriciens à étudier des modèles cosmologiques plus nuancés.”

Les recherches ont été publiées dans Scientific Reports.