Pour la première fois, des astronomes ont utilisé des trous noirs supermassifs situés juste après le Big Bang pour mesurer le taux d’expansion de l’Univers. Maintenant, nous avons un plus grand mystère sur les bras que la réponse que cet effort a fourni.
Il s’avère que l’Univers croît plus rapidement que prévu. Cela pourrait signifier que l’énergie sombre censée être à l’origine de l’accélération de cette expansion, parfois interprétée comme la constante cosmologique décrite par Albert Einstein, n’est finalement pas si constante que cela.
Au contraire, elle pourrait se renforcer.
Le taux d’expansion de l’Univers est appelé la constante de Hubble, et il a été incroyablement difficile de la déterminer. Chaque test semble aboutir à un résultat différent ; récemment, les données du satellite Planck, qui a mesuré le fond diffus cosmologique, l’ont fixé à 67,4 kilomètres (41,9 miles) par seconde et par mégaparsec, avec une incertitude de moins de 1 %.
Les autres méthodes impliquent généralement l’utilisation de “bougies standard “, c’est-à-dire d’objets dont la luminosité est connue, comme les étoiles variables céphéides ou les supernovae de type Ia, à partir desquelles la distance peut être calculée sur la base de leur magnitude absolue.
L’année dernière, le calcul de la constante de Hubble pour une étoile variable céphéide a donné un résultat de 73,5 kilomètres (45,6 miles) par seconde et par mégaparsec. Vous comprenez donc pourquoi les astronomes ne cessent de titiller cet étrange ours cosmique.
Mais il y a quelques années, les astronomes ont réalisé que la distance à un autre objet pouvait également être calculée avec précision. C’est le cas des quasars, et de leurs trous noirs.
Les quasars sont parmi les objets les plus brillants de l’Univers. Chacun d’entre eux est une galaxie qui tourne autour d’un trou noir supermassif se nourrissant activement de matière. Ses émissions de lumière et de radio sont dues à la matière entourant le trou noir, appelée disque d’accrétion, qui émet une lumière et une chaleur intenses par friction en tourbillonnant comme de l’eau autour d’un drain.
Ils émettent également des rayons X et de la lumière ultraviolette ; et, comme l’ont découvert les astronomes Guido Risaliti de l’Università di Firenze, en Italie, et Elisabeta Lusso de l’Université de Durham, au Royaume-Uni, le rapport entre ces deux longueurs d’onde produites par un quasar varie en fonction de la luminosité ultraviolette.
Une fois cette luminosité connue, calculée à partir de ce rapport, le quasar peut être utilisé comme n’importe quelle autre bougie standard.
Et cela signifie que nous pouvons mesurer plus loin dans l’histoire de l’Univers.
“L’utilisation des quasars comme bougies standard présente un grand potentiel, car nous pouvons les observer à des distances beaucoup plus grandes que les supernovae de type Ia, et les utiliser ainsi pour sonder des époques beaucoup plus anciennes de l’histoire du cosmos”, a déclaré Lusso.
Les chercheurs ont compilé les données UV de 1 598 quasars, de 1,1 à 2,3 milliards d’années après le Big Bang, et ont utilisé leurs distances pour calculer le taux d’expansion de l’Univers primitif.
Ils ont également recoupé leurs résultats avec ceux des supernovas de type Ia qui couvrent les 9 milliards d’années les plus récentes, et ont trouvé des résultats similaires là où ils se recoupaient. Mais, dans l’Univers primitif, où seuls les quasars fournissent des mesures, il y avait une divergence entre ce qu’ils ont observé et ce qui a été prédit sur la base du modèle cosmologique standard.
“Nous avons observé les quasars jusqu’à seulement un milliard d’années après le Big Bang, et nous avons constaté que le taux d’expansion de l’Univers jusqu’à aujourd’hui était plus rapide que prévu”, a déclaré Risaliti.
“Cela pourrait signifier que l’énergie sombre devient plus forte à mesure que le cosmos vieillit”
Nous ne savons pas vraiment ce qu’est l’énergie noire – nous ne pouvons pas la voir ou la détecter. C’est simplement le nom que nous donnons à la force répulsive inconnue qui semble accélérer l’expansion de l’Univers au fil du temps.
(Sur la base de ce taux d’expansion, les astrophysiciens ont calculé que l’énergie noire constitue environ 70 % de l’Univers – donc un taux d’expansion plus précis nous donnera également un calcul plus précis du volume d’énergie noire)
Si la densité de l’énergie noire augmente avec le temps, les scientifiques pensent que cela signifierait qu’il ne s’agit pas de la constante cosmologique d’Einstein après tout. Mais cela expliquerait les chiffres étranges – et peut-être même la divergence entre les résultats précédents de la constante de Hubble.
Pour l’instant, il reste beaucoup de travail à faire pour tester ce résultat et voir s’il tient la route.
“Ce modèle est assez intéressant car il pourrait résoudre deux énigmes à la fois, mais le jury n’a pas encore tranché et nous devrons examiner de nombreux autres modèles en détail avant de pouvoir résoudre cette énigme cosmique”, a déclaré Risaliti.
“Certains scientifiques ont suggéré qu’une nouvelle physique pourrait être nécessaire pour expliquer cette divergence, notamment la possibilité que l’énergie sombre gagne en puissance. Nos nouveaux résultats vont dans le sens de cette suggestion.”
La recherche de l’équipe a été publiée dans la revue Nature Astronomy, et peut être lue dans son intégralité sur la ressource de préimpression arXiv.