«La voie la plus courte pour aller vers l’avenir est celle qui passe par l’approfondissement du passé.» Le directeur de l’Agence spatiale européenne (ESA) Jean-Jacques Dordain a fait appel à Aimé Césaire pour présenter, jeudi à Paris, les résultats attendus du télescope spatial Planck. Le futur que permettra l’engin, selon lui, est de disposer d’informations précises comme jamais pour aborder les questions fondamentales sur l’origine de l’Homme. Quant au passé évoqué, il ne concerne rien de moins que le cosmos tel qu’il se présentait quelque 375 000 années seulement après sa naissance.

La sonde européenne vient de révéler la carte la plus détaillée des premiers soubresauts lumineux de l’Univers. Et ces résultats, s’ils confirment les théories, bousculent aussi les connaissances. Au détour des déclarations, on évoque l’existence d’Univers parallèles et d’Ages ayant précédé le grand boum originel…

Selon les modèles, tout aurait commencé il y 13,7 milliards d’années. Quelques micropoussières de nanosecondes après le Big Bang, l’Univers s’étend en un temps indescriptiblement court. Les distances sont multipliées par un facteur immense (10e25, soit «1» suivi de 25 «0»); c’est la période d’«inflation». Dans cette fournaise d’alors 100 000 milliards de milliards de milliards de degrés (10e32 °C), les particules baignent dans une soupe opaque et bouillonnante de laquelle rien ne sort. Petit à petit, l’Univers se refroidit. Vers 2700°C, des atomes (hydrogène, hélium) se forment. Les interactions entre les particules qui les constituent libèrent des photons, des «grains de lumière». Cette illumination primordiale, nommée «fond diffus cosmologique», parcourt un cosmos devenu transparent. Et depuis, à la faveur de l’expansion de l’Univers, cette lumière a été étirée inexorablement, si bien que sa longueur d’onde correspond aujourd’hui, dans l’œil du télescope, à celle (invisible dans celui de l’homme) émise par un corps dont la température serait de 2,7°C au-dessus du zéro absolu, soit -270°C.

C’est en 1989 que la NASA lance le satellite COBE, pour observer cet imperceptible flamboiement du ciel. Et trois ans plus tard, George Smoot, son responsable, de s’exclamer devant les résultats: «C’était comme voir le visage de Dieu!» COBE avait repéré d’infimes fluctuations de température parsemées sur l’image du fond cosmologique. Des miettes de densité légèrement différente qui seraient autant de germes portant toutes les structures célestes (galaxies, étoiles, planètes…). Enfin, dès 2003, le satellite WMAP fournit une carte complète de ces anisotropies, avec une précision déjà prodigieuse de 0,3°C. Jusqu’à ce que Planck, engin à 600 millions d’euros, soit lancé en 2009.

La finesse du satellite européen est dix fois meilleure. S’il travaillait dans le visible, Planck serait capable de repérer des cailloux d’un millimètre sur une colline de 1000 m d’altitude. «L’image obtenue, qui ressemble à un ballon de rugby sale, est une mine d’or, s’est réjoui George Efstathiou, de l’Université de Cambridge. Nous avons extrait les émissions lumineuses d’avant-plan situées entre nous et la lumière originelle émise par l’Univers, ce qui a fait apparaître le rayonnement de fond cosmologique avec une précision encore jamais atteinte.»

Qu’y lisent les scientifiques? «Tout d’abord une répartition des composants de l’Univers un peu différente que celle admise jusqu’ici», explique l’astrophysicien Marc Türler, de l’Integral Science Data Center à Versoix. On savait que la matière visible (étoiles, galaxies, etc.) n’en constituait qu’une fraction; celle-ci se monte désormais à 4,9%. Ensuite, la «matière sombre», à la nature encore inconnue mais repérée à travers ses effets gravitationnels, correspond à 26,8%, soit près d’un cinquième de plus qu’estimé jusque-là. Enfin, le dernier composant est l’énergie sombre, force mystérieuse responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers, dont le pourcentage passe à 68,3%, contre 72,8% avant son estimation par Planck. Tel un plat aux ingrédients jusque-là approximatifs, la recette cosmique a été affinée.

Autre résultat: «Les données ont permis de réviser une valeur de référence, la «constante de Hubble», qui décrit l’expansion de l’Univers, et donc son âge, dit George Efstathiou. Celui-ci serait de 13,82 milliards d’années.» Soit un vieillissement de quelque 80 millions d’années.

De manière générale, «tout concorde avec ce qu’on savait déjà, simplement plus précisément», commente Alan Guth, physicien théorique au MIT de Boston. Mieux: «Les données continuent de corroborer parfaitement nos modèles décrivant l’inflation. Surtout, il semble même que les plus simples de ces modèles soient les plus appropriés.»

«C’est vrai, dit Jan Tauber, scientifique à l’ESA. Mais nous observons aussi des structures étranges qui nous forcent à revoir nos assomptions de base.» L’une des constatations les plus surprenantes est que, sur de grandes échelles, les fluctuations de température du «fond cosmologique» ne correspondent pas exactement à celles que prévoit le Modèle Standard, la «notice de construction» de l’Univers affinée au fil des décennies par les physiciens des particules. De plus, il existe une asymétrie entre la température moyenne observée dans les demi-sphères Nord et Sud du ciel. «Vu que l’inflation est supposée homogène dans toutes les directions, on s’attendrait à ce que ce ne soit pas le cas», s’interroge George Efstathiou. Enfin, la tache froide repérée sur une partie du ciel est plus étendue qu’escompté. «C’est pourquoi l’on évoque, avec Planck, l’image d’un Univers «presque parfait»…

«La détection de ces anomalies est suffisamment significative pour écarter tous les doutes qui auraient pu subsister quant à leur réalité, indique Paolo Natoli, de l’Université de Ferrara. Impossible d’avancer qu’il pourrait s’agir d’un biais introduit par les instruments. Elles sont bien réelles et il nous faut leur trouver une explication crédible.»

A demi-mot, l’on évoque l’existence possible d’une «nouvelle physique». «Peut-être ces larges structures énigmatiques sont-elles les signes de l’existence d’autres Univers, et indiquent que le nôtre ferait partie d’un «multivers» [amas d’Univers], dit George Efstathiou. Et peut-être y avait-il quelque chose avant le Big Bang. Mais cela reste spéculatif.» Cette hypothèse a déjà été évoquée en 2007 notamment par un célèbre physicien, l’Américain Leonard Susskind*: «Existe-t-il un mécanisme de la Nature qui aurait peuplé un multivers de tous les environnements possibles en transformant les possibilités mathématiques en réalités physiques? C’est ce que pensent de plus en plus de théoriciens – moi compris.» Marc Türler, lui, ne veut pas imaginer si loin. Mais il admet l’existence possible d’une physique plus vaste: «C’est d’ailleurs aussi ce que semblent indiquer certains résultats du LHC, au CERN, autour du boson de Higgs…» «Notre but ultime est de construire un nouveau modèle théorique qui prédise les anomalies observées avec Planck et explique les liens qu’elles entretiennent. Nous ne savons pas encore si cela est possible et quels sont les nouveaux postulats de la physique dont nous avons besoin. C’est cela qui est passionnant», s’enthousiasme George Efstathiou. «C’est le début d’un nouveau voyage, conclut Jan Tauber. Et nous espérons que Planck va aider à résoudre cette devinette.» Le satellite va en effet continuer à acquérir des données jusqu’à cet automne.

* Le Paysage cosmique, Ed. R. Laffont.

«Ces structures énigmatiquessont-elles les signesde l’existenced’autres Univers?»