Ces derniers temps, on a assisté à un tourbillon de commentaires spéculant sur le fait que l’accélération de l’Univers en expansion pourrait ne pas être réelle après tout.
Cela fait suite à la publication ce mois-ci d’un nouveau regard sur les supernovae dans notre Univers, qui, selon les chercheurs, ne donnent qu’une “détection marginale” de l’accélération de l’Univers.
Cela semble être une affaire importante, car le prix Nobel 2011 a été attribué aux chefs de deux équipes qui ont utilisé les supernovae pour découvrir que l’expansion de l’Univers s’accélère.
Mais jamais je n’ai vu une telle tempête dans une tasse de thé. La nouvelle analyse, publiée dans Scientific Reports, modifie à peine le résultat initial, mais lui donne une tournure différente (et, à mon avis, trompeuse).
Alors pourquoi ce nouvel article affirme-t-il que la détection de l’accélération est “marginale” ? Eh bien, elle est marginale si vous n’utilisez qu’un seul ensemble de données. Après tout, la plupart des grandes découvertes sont initialement marginales. Si elles étaient plus évidentes, elles auraient été découvertes plus tôt.
Les preuves, jusqu’à présent
Les données relatives aux supernovas pourraient, à elles seules, être compatibles avec un Univers qui n’accélère ni ne décélère. Cela est connu depuis la découverte initiale et n’est pas contesté.
Mais si l’on ajoute un élément d’information supplémentaire – par exemple, l’existence de la matière -, il n’y a plus rien de marginal. Une nouvelle physique est clairement requise.
En fait, si l’Univers n’accélérait ou ne décélérait pas du tout, ce qui est une ancienne proposition reprise dans ce nouvel article, une nouvelle physique serait encore nécessaire.
Aujourd’hui, le point important est que si vous prenez toutes les données sur les supernovas et que vous les jetez à la poubelle, nous avons encore de nombreuses preuves que l’expansion de l’Univers s’accélère.
Par exemple, en Australie, nous avons mené un projet appelé WiggleZ, qui a permis d’étudier pendant cinq ans la position de près d’un quart de million de galaxies.
La configuration des galaxies n’est pas vraiment aléatoire. Nous avons donc utilisé cette configuration pour recouvrir l’Univers d’un papier quadrillé et mesurer l’évolution de sa taille au fil du temps.
L’utilisation de ces seules données montre que l’expansion de l’Univers s’accélère, et ce indépendamment de toute information sur les supernovas. Le prix Nobel n’a été décerné qu’après que cette technique et de nombreuses autres techniques d’observation ont confirmé les résultats obtenus avec les supernovas.
Quelque chose manque dans l’Univers
Un autre exemple est le fond diffus cosmologique (big bang), qui est l’une des mesures observationnelles les plus précises de l’Univers jamais réalisées. Elle montre que l’espace est très proche de l’horizontale. Le CMB (Cosmic Microwave Background) est le résidu de la lumière du big bang
Parallèlement, les observations des galaxies montrent qu’il n’y a tout simplement pas assez de matière ou de matière noire dans l’Univers pour que l’espace soit plat. Environ 70 % de l’Univers est manquant.
Ainsi, lorsque l’observation des supernovae a révélé que 70 % de l’Univers est constitué d’énergie sombre, la divergence a été résolue.
Les supernovae ont en fait été mesurées avant le CMB, ce qui permettait essentiellement de prédire que le CMB mesurerait un Univers plat, une prédiction qui a été magnifiquement confirmée.
Les preuves de l’existence d’une nouvelle physique intéressante sont donc désormais écrasantes.
Je pourrais continuer, mais tout ce que nous savons jusqu’à présent soutient le modèle dans lequel l’Univers s’accélère. Pour plus de détails, voir l’énergie noire. J’ai écrit un article sur les preuves de l’existence de l’énergie noire
Qu’est-ce que cette “énergie noire” ?
L’une des critiques que le nouvel article adresse à la cosmologie standard est que la conclusion selon laquelle l’Univers s’accélère dépend du modèle. C’est assez juste.
En général, les cosmologistes prennent soin de dire que nous étudions l'”énergie sombre”, qui est le nom que nous donnons à ce qui provoque l’accélération apparente de l’expansion de l’Univers. (Souvent, nous laissons tomber le “apparent” dans cette phrase, mais il est là par implication)
l'”énergie sombre” est un terme générique que nous utilisons pour couvrir de nombreuses possibilités, y compris celle que l’énergie du vide cause l’accélération, ou que nous avons besoin d’une nouvelle théorie de la gravité, ou même que nous avons mal interprété la relativité générale et avons besoin d’un modèle plus sophistiqué.
L’élément clé qui n’est pas contesté est que ces données font apparaître une nouvelle physique significative. Il y a quelque chose qui va au-delà de ce que nous savons sur le fonctionnement de l’Univers – quelque chose qui doit être expliqué.
Examinons donc ce que le nouvel article a réellement fait. Pour ce faire, utilisons une analogie.
Les marges de mesure
Imaginez que vous conduisez une voiture sur une route limitée à 60 km/h. Vous mesurez que votre vitesse est de 55 km/h et que vous ne pouvez pas vous arrêter. Vous mesurez votre vitesse à 55 km/h, mais votre odomètre présente une certaine incertitude. Vous en tenez compte et vous êtes sûr à 99 % que votre vitesse se situe entre 51 et 59 km/h.
Votre amie arrive maintenant et analyse vos données de manière légèrement différente. Elle mesure que votre vitesse est de 57 km/h. Oui, c’est légèrement différent de votre mesure, mais cela reste cohérent, car votre compteur kilométrique n’est pas si précis.
Mais votre amie dit maintenant : “Ha ! Tu n’étais que très légèrement en dessous de la limite de vitesse. Il est tout à fait possible que tu étais en excès de vitesse !”
En d’autres termes, la réponse n’a pas changé de manière significative, mais l’interprétation donnée dans l’article prend l’extrême de la région autorisée et dit “peut-être que l’extrême est vrai”.
Pour ceux qui aiment les détails, la limite de trois écarts-types des données sur les supernovas est suffisamment grande (juste) pour inclure un Univers non accéléré. Mais c’est seulement s’il n’y a essentiellement pas de matière dans l’Univers et si l’on ignore toutes les autres mesures (voir figure ci-dessous).
Image modifiée par Samuel Hinton, Auteur fourni
La figure ci-dessus est une reproduction de la figure 2 du nouveau document de recherche, avec des annotations ajoutées. Les contours entourent les valeurs de la densité de matière et de l’énergie sombre (sous la forme d’une constante cosmologique) qui correspondent le mieux aux données des supernovas (en unités de la densité critique de l’Univers).
Les contours indiquent un, deux et trois écarts types. Le meilleur ajustement est marqué d’une croix. La quantité de matière mesurée par d’autres observations se situe approximativement autour de la ligne orange.
Les contours se situent presque entièrement dans la région en accélération, et la petite partie qui n’est pas encore en accélération le sera néanmoins à l’avenir.
Améliorer l’analyse
Ce nouvel article tente de faire quelque chose de louable. Il tente d’améliorer l’analyse statistique des données (pour des commentaires sur leur analyse , voir).
À mesure que nous obtenons de plus en plus de données et que l’incertitude sur nos mesures se réduit, il devient de plus en plus important de prendre en compte le moindre détail.
En fait, dans le cadre de l’étude sur l’énergie noire, trois personnes travaillent à plein temps pour tester et améliorer l’analyse statistique que nous utilisons pour comparer les données des supernovas à la théorie.
Nous sommes conscients de l’importance d’une analyse statistique améliorée, car nous disposerons bientôt d’environ 3 000 supernovae permettant de mesurer l’accélération avec beaucoup plus de précision que les découvertes initiales, qui ne comptaient que 52 supernovae.
L’échantillon réanalysé par ce nouvel article contient 740 supernovae.
Une dernière remarque sur les conclusions de l’article. Les auteurs suggèrent qu’il faut envisager un Univers non accéléré. C’est une bonne chose. Mais vous et moi, la Terre, la Voie lactée et toutes les autres galaxies devraient s’attirer gravitationnellement.
Ainsi, un Univers qui se dilate à un rythme constant est en fait tout aussi étrange qu’un Univers qui accélère. Il faut encore expliquer pourquoi l’expansion ne ralentit pas en raison de la gravité de tout ce qu’il contient.
Ainsi, même si l’affirmation de non-accélération faite dans cet article est vraie, l’explication nécessite toujours une nouvelle physique, et la recherche de l'”énergie sombre” qui l’explique est tout aussi importante.
Un scepticisme sain est vital dans la recherche. Il y a encore beaucoup de débats sur la cause de l’accélération, et sur la question de savoir s’il s’agit simplement d’une accélération apparente due au fait que notre compréhension de la gravité n’est pas encore complète.
En effet, c’est sur ce point que nous, cosmologistes professionnels, consacrons toute notre carrière. Ce que ce nouvel article et tous les articles précédents s’accordent à dire, c’est qu’il y a quelque chose qui doit être expliqué.
Les données sur les supernovas montrent qu’il se passe quelque chose de vraiment bizarre. La solution pourrait être l’accélération, ou une nouvelle théorie de la gravité. Quelle qu’elle soit, nous continuerons à la chercher.