Il y avait beaucoup d'excitation lorsque les scientifiques ont été témoins de la violente collision de deux ultra-denses, étoiles massives à plus de 100 m d'années-lumière de la Terre plus tôt cette année. Non seulement ils ont capté les ondes gravitationnelles résultantes - des ondulations dans le tissu de l'espace-temps - ils ont également vu un éclair de lumière pratiquement instantané. C'est passionnant en soi et c'était la première preuve directe d'une fusion d'étoiles à neutrons.

Mais du point de vue d'un cosmologiste, la photo-finish des ondes gravitationnelles et de l'éclair de lumière a démoli d'un seul coup des années de recherche sur un problème totalement indépendant :pourquoi l'expansion de l'univers s'accélère-t-elle ?

Il s'avère que l'espace et le temps sont en fait mutables, souple, souple et ondulant, plutôt que constante, fixe ou immeuble. Cela est connu depuis qu'Einstein a publié sa théorie de la relativité générale, ce qui explique comment la gravité déforme l'espace-temps. Les effets subtils que cette mutabilité provoque doivent être pris en compte même dans le GPS qui fait fonctionner votre GPS et votre iPhone.

Une prédiction de la théorie d'Einstein était qu'il devrait être possible pour l'espace-temps d'avoir des ondes en lui, comme la surface de la mer. Ceux-ci seraient visibles si l'on pouvait, par exemple, briser ensemble deux trous noirs. Cette prédiction a été spectaculairement observée lors de la première détection d'ondes gravitationnelles par l'expérience LIGO en 2015. La découverte a ouvert une toute nouvelle façon de sonder le cosmos, et a reçu le prix Nobel de physique.

La nouvelle détection d'ondes gravitationnelles issues de la fusion d'étoiles à neutrons a également de profondes implications pour notre compréhension de l'univers. Cependant, pour les cosmologistes, c'était l'éclair de lumière 1,7 seconde après les ondes gravitationnelles qui était l'observation la plus intrigante.

Le radar cosmique

Le délai de 1,7 seconde est important car il signifie que les ondes gravitationnelles et les ondes lumineuses se sont déplacées à presque exactement la même vitesse. En fait, ce sont deux des vitesses observées les plus proches jamais observées :les deux ne différaient que d'une partie de 10 millions de milliards.

Pour mettre cela en contexte, si les radars sur la route pouvaient mesurer les différences de vitesse, vous obtiendriez un ticket pour aller à 30 000 000 000 000 000 1 mph dans une zone de 30 mph.

Comparé aux meilleures mesures que les cosmologistes espéraient à l'avenir, c'est un facteur un million de milliards de fois supérieur. En tenant compte du fait que les ondes électromagnétiques ont peut-être mis un peu de temps à s'échapper de l'agitation d'une collision d'étoiles à neutrons, à toutes fins utiles, la différence de vitesse est nulle.

La cosmologie est un peu dans le pétrin. Nous avons un grand modèle qui peut expliquer l'évolution de l'univers à partir d'une fraction de seconde avant le big bang, jusqu'à maintenant environ 14 milliards d'années plus tard. Le problème est que pour expliquer toutes les observations, une énergie mystérieuse appelée « énergie noire » doit être ajoutée aux modèles. L'énergie noire est un énorme problème, il représente environ 70% de toute l'énergie de l'univers, et nous n'avons absolument aucune idée de ce que c'est.

L'énergie noire est Comme un effet anti-gravitationnel qui éloigne l'univers et accélère son expansion. Donc pour expliquer l'énergie noire, les cosmologistes ont tenté de changer ou de remplacer la théorie d'Einstein pour voir si une nouvelle théorie de l'espace-temps pourrait enfin expliquer les effets de l'énergie noire.

Une façon dont les cosmologistes ont essayé de le faire était de changer la vitesse à laquelle les ondes gravitationnelles et la lumière se déplaçaient. Il y avait de nombreuses théories différentes qui avaient cette composante - chacune avec un nom particulier comme les galilions quartiques et quintiques, théories vecteur-tenseur, théories proca généralisées, théories de la bigravité et ainsi de suite. Sans données, toutes les théories auraient pu être correctes, et il y avait beaucoup de gens qui espéraient qu'ils pourraient être le prochain Einstein ou Newton.

Où sommes-nous actuellement?

Mais maintenant, dans une seule observation d'une seule fusion d'étoiles à neutrons, une grande variété de celles-ci ont maintenant été consignées dans les poubelles cosmologiques dans une rafale d'articles (ici, ici, ici, ici, ici et ici). Donc pas encore de nouvel Einstein.

En l'absence de données convaincantes, il est toujours possible que nous puissions mettre à jour Einstein afin que nous puissions tenir compte de l'énergie noire. Mais les oscillations des données d'ondes gravitationnelles ont laissé très peu de marge de manœuvre.

Toutes les théories qui ont survécu à l'élagage sont beaucoup plus simples que celles qui étaient autorisées auparavant; et la théorie la plus simple, et le favori, est que l'énergie noire est l'énergie de l'espace vide, et il se trouve qu'il a la valeur que nous observons.

Une autre explication qui a survécu est qu'il s'agit d'un champ de type Higgs. Le désormais célèbre boson de Higgs est une manifestation d'un « champ de Higgs » – le premier « champ scalaire » observé dans la nature. C'est un champ qui a une valeur à chaque point de l'espace-temps, mais pas de direction. Une analogie serait une carte de pression sur une météo (valeurs partout mais pas de direction). Une carte des vents, d'autre part, n'est pas un champ scalaire car il a une vitesse et une direction globale. A part Higgs, toutes les particules dans la nature sont associées à des "champs quantiques" qui ne sont pas scalaires. Mais comme le Higgs, l'énergie noire pourrait être une exception :un champ scalaire omniprésent poussant l'univers à part dans toutes les directions.

Heureusement, nous n'aurons pas à attendre longtemps avant que de nouveaux télescopes testent les théories restantes et qu'une grande pièce du puzzle cosmologique soit terminée.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.