Notre Univers s’étend plus vite que prévu, par la faute de l’énergie noire

Et si les physiciens avaient sous-estimé le pouvoir de l’énergie noire? C’est ce que laisse entendre un article publié ce jeudi 26 janvier dans la revue «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» par la collaboration «Holicow», une équipe internationale dirigée par Sherry Suyu et dont font partie Frédéric Courbin et Vivien Bonvin, deux astrophysiciens de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Le mystère de l’énergie noire

L’énergie noire demeure une énigme pour la science. De nature inconnue, on sait qu’elle a pour propriété d’éloigner les corps célestes les uns des autres, contrairement à la gravitation, si bien qu’elle contribue à l’expansion de l’Univers. Or l’étude publiée ce jour conclut que celui-ci s’étend 6% plus rapidement que prévu. Faut-il y voir l’œuvre de l’énergie noire?

Comment savoir à quelle vitesse s’étend l’Univers – ce que l’on nomme la constante de Hubble? Une des premières manières historiquement utilisées fut d’observer le spectre lumineux de galaxies proches de la Terre. De la même façon que la tonalité d’une sirène diffère en fonction qu’elle s’approche ou s’éloigne de nous, les astrophysiciens ont remarqué que la couleur des galaxies devenait de plus en plus rouge en fonction de leur éloignement, ce qui permet d’en déduire la vitesse à laquelle elles s’éloignent, et donc à laquelle s’étend l’Univers. Plus récemment, le télescope spatial Planck a également permis de mesurer la constante de Hubble à partir du fonds diffus cosmologique, le rayonnement fossile émis quelque 380 000 ans après le Big Bang.

Rien de tout cela avec la méthode retenue par les astrophysiciens de Holicow. Pour celle-ci, nommée «méthode des délais temporels», ils ont utilisé treize télescopes, dont le télescope spatial Hubble et le télescope suisse Leonhard Euler situé au Chili, et les ont braqués sur des quasars. Le faisceau émis par ces entités – considérées comme les plus lumineuses de l’Univers – est dévié et apparaît fragmenté sous l’effet du puissant champ gravitationnel de galaxies situées à mi-chemin vers la Terre, de la même façon qu’un verre d’eau dévie les rayons du soleil qui passent à travers. C’est ce qu’on appelle le phénomène de «lentille gravitationnelle».

«Le jeu de ces déviations fait que certains faisceaux empruntent des trajectoires longues tandis que d’autres en suivent des plus courtes. En conséquence, ils apparaissent donc les uns après les autres dans le ciel pour l’observateur», détaille Vivien Bonvin, du Laboratoire d’astrophysique de l’EPFL.

«Chaque mesure de distance dans l’Univers permet de calculer la vitesse de son expansion, ajoute Frédéric Courbin. Ce qui nous intéresse ici, c’est la différence de chemin parcouru par la lumière liée au délai temporel entre les différentes images «mirages» des quasars. Elle nous permet de calculer d’une nouvelle manière la constante de Hubble, et de façon indépendante des travaux précédents».

Ces résultats s’inscrivent dans la continuité de ceux obtenus en 2016 par l’équipe du Prix Nobel de physique Adam Riess, à l’aide du télescope Hubble.

Que l’Univers s’étende un peu plus vite peut paraître insignifiant, mais une telle différence pourrait impliquer d’ajuster le Modèle cosmologique standard, ce cadre théorique expliquant les lois de l’Univers.

«La constante de Hubble est un outil crucial pour l’astronomie moderne car il détermine si notre connaissance actuelle de l’Univers – que l’on imagine constitué d’énergie noire, de matière noire et de matière normale – est correcte, ou si quelque chose de fondamental nous échappe encore», a écrit Sherry Suyu dans un communiqué.

L’expansion est sans doute hétérogène

Quelle que soit la portée de ces résultats, il ne faut toutefois pas considérer ces conclusions comme invalidant toutes celles qui les ont précédées, rappelle Marc Lachièze-Rey, astrophysicien au Laboratoire AstroParticule et Cosmologie à Paris: «des valeurs différentes et quelques fois inconciliables peuvent tout simplement être le signe que l’expansion de l’Univers n’est pas uniforme».

En d’autres termes, la vitesse d’expansion peut être plus rapide ou plus lente selon l’endroit où l’on braque les télescopes. Ces valeurs ne sont donc pas universelles.

«C’est comme si on amenait trois aveugles devant ce qu’on leur désignait comme étant un éléphant, continue-t-il. Le premier va toucher sa patte, le deuxième sa trompe, le troisième sa queue. Et chacun va s’imaginer que ce qu’il a palpé représente l’essence de l’animal en question».

Du Big Bang au Big Rip

«La découverte d’Holicow nous conduit néanmoins à considérer avec d’autant plus de sérieux le scénario de fin de l’univers connu sous le nom de Big Rip», explique le philosophe des sciences Regino Martinez-Chavanz.

Selon cette théorie proposée pour la première fois en 1999 par Robert R. Caldwell, la densité de l’énergie sombre, augmentant au cours du temps, finirait par prendre le dessus sur les forces gravitationnelles. En résulterait alors une dissolution de l’intégralité de la matière normale, laissant un univers totalement vide. Pas de panique cependant, cela devrait arriver dans seulement 22 milliards d’années…