Il y a un problème avec l’accélération de l’expansion de l’Univers.
Plus précisément, il y a un problème avec la façon dont nous mesurons le taux d’accélération de l’expansion de l’Univers, appelé la constante de Hubble. Nous disposons de deux méthodes principales pour mesurer la constante de Hubble, et peu importe le nombre de fois où nous les appliquons, elles donnent toujours des résultats différents.
Cela a conduit certains à suggérer que nous avons besoin d’une nouvelle physique pour expliquer cette divergence. Mais le physicien théoricien Lucas Lombriser, de l’Université de Genève en Suisse, a proposé une approche différente.
Selon Lombriser, si la Voie lactée flotte dans une vaste cavité de faible densité dans l’espace, cela pourrait expliquer pourquoi les mesures ne correspondent pas. En ajustant nos équations pour tenir compte de cette différence de densité, nous pourrions réduire considérablement l’écart de mesure.
Mais avant d’aborder ce sujet, nous devons expliquer brièvement les deux mesures de la constante de Hubble.
La première est basée sur le fond diffus cosmologique (CMB), la faible lueur du rayonnement de fond qui imprègne l’Univers, vestige du Big Bang. Le CMB a été cartographié de manière assez complète par un certain nombre d’études, et nous savons qu’il présente des régions plus chaudes et plus froides qui correspondent aux expansions et aux contractions de la matière dans l’Univers primitif.
Ces régions peuvent être étudiées pour connaître l’histoire de l’expansion de l’Univers. Sur la base de ces informations, les calculs de la constante de Hubble donnent généralement un résultat avoisinant les 67,4 kilomètres par seconde par mégaparsec.
L’autre méthode permettant d’obtenir la constante de Hubble consiste à mesurer les distances d’objets dont la luminosité est connue, comme les supernovae de type Ia extrêmement brillantes et les étoiles variables céphéides, un type d’étoile dont on connaît la relation entre la luminosité et les pulsations périodiques.
La connaissance de leur luminosité absolue permet aux astronomes de calculer la distance de ces objets, car la luminosité s’estompe avec la distance à un rythme connu ; c’est pourquoi on parle parfois de ces objets comme de bougies standard.
Cette dernière méthode donne un taux d’expansion différent de celui que nous obtenons en observant le fond diffus cosmologique. Les supernovae de type Ia ont récemment donné un résultat de 72,8 kilomètres par seconde par mégaparsec. Les variables céphéides extragalactiques dans les galaxies hôtes de supernova de type Ia ont donné un résultat encore plus sauvage – 74,03 kilomètres par seconde par mégaparsec.
“Ces deux valeurs ont continué à se préciser pendant de nombreuses années tout en restant différentes l’une de l’autre”, a déclaré Lombriser.
“Il n’en fallait pas plus pour déclencher une controverse scientifique et même pour susciter l’espoir passionnant que nous avions peut-être affaire à une “nouvelle physique”.”
Mais le modèle standard de la bougie a une faiblesse. Les équations permettant de calculer l’expansion de l’espace supposent une distribution homogène de la masse dans l’Univers. À grande échelle, c’est probablement plus ou moins vrai – mais à plus petite échelle, cela pourrait ne pas l’être.
Et cela pourrait affecter le comportement de l’espace qui nous entoure. En effet, si notre galaxie natale se trouve dans une bulle de faible densité, l’attraction gravitationnelle de la coquille de densité plus élevée située à l’extérieur de la bulle donnerait aux galaxies qu’elle attire un petit coup d’accélérateur, ce qui leur donnerait l’impression de se déplacer plus rapidement que ne le suggère l’expansion de l’Univers.
“Si nous nous trouvions dans une sorte de “bulle” gigantesque”, a déclaré Lombriser, “où la densité de la matière serait nettement inférieure à la densité connue pour l’ensemble de l’Univers, cela aurait des conséquences sur les distances des supernovae et, en fin de compte, sur la détermination de la constante de Hubble.”
Ce n’est pas la première fois qu’une telle dynamique est proposée. Mais ce que Lombriser a fait, c’est décrire mathématiquement les paramètres de la bulle qui entraîneraient l’effet observé.
Il a calculé que si nous nous trouvions dans une bulle d’espace d’environ 250 millions d’années-lumière de diamètre, avec moins de la moitié de la densité de masse de l’espace qui l’entoure, alors les calculs de la constante de Hubble de la bougie standard seraient plus cohérents avec les calculs de la constante de Hubble du fond diffus cosmologique.
Et nous savons que de tels vides de densité inférieure existent, car l’Univers est un endroit étrangement agglutiné. La Voie lactée est juste au bord de l’un d’eux. Elle mesure au moins 150 millions d’années-lumière de diamètre, et peut-être même 300 millions d’années-lumière.
Toutefois, avant de pouvoir annoncer que le mystère a été résolu, nous devons garder à l’esprit que d’autres recherches récentes ont révélé que la structure locale de l’Univers n’a aucun effet sur les mesures standard de la constante de Hubble effectuées à la bougie.
Cela ne signifie pas pour autant que nous avons besoin d’une nouvelle physique. D’autres recherches suggèrent que l’énergie sombre qui nous a permis de comprendre les supernovae de type Ia est défectueuse et que nous pourrions mal calculer leur luminosité. Une autre étude suggère qu’il aurait pu y avoir un autre type d’accélération supplémentaire dans l’Univers primitif.
Mais Lombriser pense que sa théorie a du poids.
“La probabilité qu’il existe une telle fluctuation à cette échelle est de une sur 20 à une sur cinq, ce qui signifie qu’il ne s’agit pas d’une fantaisie de théoricien”, a-t-il déclaré.
“Il y a beaucoup de régions comme la nôtre dans le vaste Univers”
Les recherches ont été publiées dans la revue Physics Letters B.