L'univers s'est avéré faux

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Les cosmologistes sont confrontés à un grave problème scientifique, qui indique l'imperfection des connaissances humaines sur l'Univers. La complexité concerne une chose apparemment triviale comme le taux d'expansion de l'Univers. Le fait est que différentes méthodes indiquent des significations différentes - et jusqu'à présent, personne ne peut expliquer l'étrange écart.

Mystère Cosmique

Actuellement, le modèle cosmologique standard "Lambda-CDM" (ΛCDM) décrit le plus précisément l'évolution et la structure de l'univers. Selon ce modèle, l'univers a une constante cosmologique positive non nulle (terme lambda) provoquant une expansion accélérée. De plus, ΛCDM explique la structure observée du CMB (fond cosmique micro-onde), la distribution des galaxies dans l'Univers, l'abondance d'hydrogène et d'autres atomes légers, et le taux même d'expansion du vide. Cependant, un écart sérieux dans le taux d'expansion peut indiquer la nécessité d'un changement radical du modèle.

La physicienne théoricienne Vivian Poulin du Centre national français de la recherche scientifique et du Laboratoire de l'univers et des particules à Montpellier soutient que cela signifie ce qui suit: quelque chose d'important s'est produit dans le jeune univers que nous ne connaissons pas encore. C'était peut-être un phénomène associé à un type inconnu d'énergie noire ou à un nouveau type de particules subatomiques. Si le modèle en tient compte, l'écart disparaîtra.

Au bord de la crise

L'un des moyens de déterminer le taux d'expansion de l'Univers consiste à étudier le fond micro-ondes - le rayonnement relique apparu 380 000 ans après le Big Bang. ΛCDM peut être utilisé pour dériver la constante de Hubble en mesurant de grandes fluctuations dans le CMB. Il s'est avéré être égal à 67, 4 kilomètres par seconde pour chaque mégaparsec, soit environ trois millions d'années-lumière (à une telle vitesse, les objets divergent les uns des autres à une distance appropriée). Dans ce cas, l'erreur n'est que de 0,5 kilomètre par seconde par mégaparsec.

Si nous obtenons à peu près la même valeur en utilisant une méthode différente, cela confirmera la validité du modèle cosmologique standard. Les scientifiques ont mesuré la luminosité apparente des bougies standard - des objets dont la luminosité est toujours connue. De tels objets sont, par exemple, les supernovae de type Ia - des naines blanches qui ne peuvent plus absorber la matière des grandes étoiles compagnes et exploser. Par la luminosité apparente des bougies standard, vous pouvez déterminer la distance qui les sépare. En parallèle, vous pouvez mesurer le décalage vers le rouge des supernovae, c'est-à-dire le décalage des longueurs d'onde de la lumière vers la région rouge du spectre. Plus le décalage vers le rouge est grand, plus la vitesse à laquelle l'objet est éloigné de l'observateur est grande.

Ainsi, il devient possible de déterminer le taux d'expansion de l'Univers, qui dans ce cas s'avère être égal à 74 kilomètres par seconde pour chaque mégaparsec. Cela ne correspond pas aux valeurs obtenues à partir du CDM. Cependant, il est peu probable qu'une erreur de mesure puisse expliquer l'écart.

Selon David Gross du Kavli Institute for Theoretical Physics de l'Université de Californie à Santa Barbara, en physique des particules, un tel écart ne serait pas qualifié de problème, mais de crise. Cependant, un certain nombre de scientifiques n'étaient pas d'accord avec cette évaluation. La situation était compliquée par une autre méthode, également basée sur l'étude de l'Univers primitif, à savoir les oscillations acoustiques baryoniques - oscillations de la densité de matière visible remplissant l'Univers primitif. Ces vibrations sont causées par des ondes acoustiques plasma et sont toujours de dimensions connues, ce qui les fait ressembler à des bougies standard. Combinées à d'autres mesures, elles donnent la constante de Hubble cohérente avec ΛCDM.

Nouveau modèle

Il est possible que les scientifiques aient fait une erreur en utilisant des supernovae de type Ia. Pour déterminer la distance à un objet distant, vous devez construire une échelle de distance.

Le premier échelon de cette échelle est constitué par les Céphéides - des étoiles variables avec une relation période-luminosité précise. Les céphéides peuvent être utilisées pour déterminer la distance à la supernovae de type Ia la plus proche. Dans l'une des études, au lieu des Céphéides, des géantes rouges ont été utilisées, qui, à un certain stade de la vie, atteignent une luminosité maximale - c'est la même chose pour toutes les géantes rouges.

En conséquence, la constante de Hubble s'est avérée être de 69,8 kilomètres par seconde par mégaparsec. Il n'y a pas de crise, dit Wendy Freedman de l'Université de Chicago, l'une des auteurs de l'article.

Mais cette déclaration a également été remise en question. La collaboration H0LiCOW a mesuré la constante de Hubble à l'aide d'une lentille gravitationnelle, un effet qui se produit lorsqu'un corps massif courbe les rayons d'un objet distant derrière lui. Ces derniers pourraient être des quasars - les noyaux de galaxies actives alimentés par un trou noir supermassif. En raison des lentilles gravitationnelles, plusieurs images d'un quasar peuvent apparaître à la fois. En mesurant le scintillement de ces images, les scientifiques ont dérivé une constante de Hubble mise à jour de 73,3 kilomètres par seconde par mégaparsec. Dans le même temps, les scientifiques jusqu'au dernier ne connaissaient pas le résultat possible, ce qui exclut la possibilité de fraude.

Le résultat de la mesure de la constante de Hubble à partir de masers naturels formés lorsque le gaz tourne autour d'un trou noir s'est avéré être de 74 kilomètres par seconde par mégaparsec. D'autres méthodes ont donné 76,5 et 73,6 kilomètres par seconde par mégaparsec. Des problèmes se posent également pour mesurer la répartition de la matière dans l'Univers, car les lentilles gravitationnelles donnent une valeur différente par rapport aux mesures du fond micro-onde.

S'il s'avère que l'écart n'est pas dû à des erreurs de mesure, alors une nouvelle théorie sera nécessaire pour expliquer toutes les données actuellement disponibles. Une solution possible consiste à modifier la quantité d'énergie noire provoquant l'expansion accélérée de l'univers. Bien que la plupart des scientifiques soient en faveur de se passer de la mise à jour de la physique, le problème reste entier.