Les physiciens utilisent deux types de mesures pour calculer le taux d'expansion de l'univers, mais leurs résultats ne coïncident pas, ce qui peut rendre nécessaire la mise à jour du modèle cosmologique. "C'est comme essayer d'enfiler une aiguille cosmique, " explique la chercheuse Licia Verde de l'Université de Barcelone, co-auteur d'un article sur les implications de ce problème.

Plus d'une centaine de scientifiques se sont réunis cet été au Kavli Institute for Theoretical Physics de l'Université de Californie (États-Unis) pour tenter de clarifier ce qui se passe avec les données discordantes sur le taux d'expansion de l'univers, un problème qui affecte l'origine même, l'évolution et le destin de notre cosmos. Leurs conclusions ont été publiées dans Astronomie de la nature journal.

"Le problème réside dans la constante de Hubble (H0), un paramètre dont la valeur - ce n'est en fait pas une constante car elle change avec le temps - indique à quelle vitesse l'Univers s'étend actuellement, " souligne la cosmologiste Licia Verde, chercheur ICREA à l'Institut des sciences du cosmos de l'Université de Barcelone (ICC-UB) et auteur principal de l'article.

"Il y a différentes manières de mesurer cette quantité, " elle explique, "mais ils peuvent être divisés en deux grandes classes :ceux qui reposent sur l'Univers tardif (le plus proche de nous dans l'espace et le temps) et ceux basés sur l'Univers primitif, et ils ne donnent pas exactement le même résultat."

Un exemple classique de mesures à la fin de l'Univers sont celles fournies par les pulsations régulières des étoiles céphéides, que l'astronome Henrietta Swan Leavitt a observé il y a un siècle et qui a aidé Edwin Hubble à calculer les distances entre les galaxies et à prouver en 1929 que l'Univers est en expansion.

L'analyse actuelle de la luminosité variable des céphéides avec des télescopes spatiaux comme le Hubble, ainsi que d'autres observations directes d'objets dans notre environnement cosmique et de supernovae plus lointaines, indiquent que la valeur H0 est d'environ 73,9 kilomètres par seconde par mégaparsec (une unité astronomique équivalente à environ 3,26 millions d'années-lumière).

Cependant, les mesures basées sur l'Univers primitif fournissent une valeur moyenne de H0 de 67,4 km/s/Mpc. Ces autres enregistrements, obtenu avec les données du satellite Planck de l'Agence spatiale européenne et d'autres instruments, sont obtenus indirectement sur la base du succès du modèle cosmologique standard (modèle Lambda-CDM), qui propose un Univers constitué de 5 % d'atomes ou de matière ordinaire, 27 % de matière noire (constituée de particules, encore détecté, qui fournissent une attraction gravitationnelle supplémentaire afin que les galaxies puissent se former et que les amas de galaxies soient maintenus ensemble) et 68 % d'énergie noire, qui est responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers.

"En particulier, ces mesures de l'Univers primordial se concentrent sur la lumière la plus lointaine pouvant être observée :le fond diffus cosmologique, produit alors que l'Univers n'avait que 380, 000 ans, à l'ère dite de la recombinaison (où les protons se sont recombinés avec des électrons pour former des atomes), " dit Licia Verde.

Le chercheur met en évidence un fait pertinent :« Il existe des manières très différentes et indépendantes (avec des instruments et des outils scientifiques totalement différents) de mesurer le H0 sur la base de l'Univers primitif, et il en va de même pour la fin de l'Univers. Ce qui est intéressant, c'est que toutes les mesures d'un type sont en accord mutuel, à une précision exquise de 1 ou 2 %, comme ceux de l'autre type, avec la même grande précision; mais quand on compare les mesures d'une classe avec celles de l'autre, l'écart survient."

"Cela ressemble à une petite différence, seulement 7%, mais c'est significatif étant donné qu'on parle de précisions de 1 ou 2% dans la valeur de la constante de Hubble, " comme le souligne Licia Verde, qui plaisante :"C'est comme essayer d'enfiler une 'aiguille cosmique' où son trou est la valeur H0 mesurée aujourd'hui et le fil est apporté par le modèle de l'Univers le plus éloigné que nous puissions observer :le fond diffus cosmologique."

En outre, elle souligne certaines des conséquences de l'écart :« Plus le H0 est bas, plus l'Univers est vieux. Son âge actuel est calculé à environ 13,8 milliards d'années en considérant que la constante de Hubble est de 67 ou 68 km/s/Mpc; mais si sa valeur était de 74 km/s/Mpc, notre univers serait plus jeune :il aurait environ 12,8 milliards d'années."

Modifier le modèle au début de l'Univers

Les auteurs précisent dans leur étude que cette anomalie ne semble pas dépendre de l'instrument ou de la méthode de mesure utilisée, ou sur des équipements ou des sources humaines. "S'il n'y a pas d'erreurs dans les données ou les mesures, cela pourrait-il être un problème avec le modèle ?", demande le chercheur.

"Après tout, les valeurs H0 de la classe primordiale de l'Univers sont basées sur le modèle cosmologique standard, ce qui est très bien établi, connait un grand succès, mais que l'on peut essayer de modifier un peu pour résoudre l'écart, " dit l'expert. " Cependant, nous ne pouvons pas altérer les caractéristiques du modèle qui fonctionnent très bien".

Si les données continuent de confirmer le problème, les physiciens théoriciens semblent convenir que la voie la plus prometteuse pour le résoudre est de modifier le modèle juste avant la formation de la lumière observée du fond diffus cosmologique, c'est-à-dire juste avant la recombinaison (dans laquelle il y avait déjà 63 % de matière noire, 15 % de photons, 10 % de neutrinos et 12 % d'atomes). L'une des idées proposées est que, peu après le Big Bang, un épisode intense d'énergie noire aurait pu se produire et avoir étendu l'Univers plus rapidement que prévu.

"Bien que cela reste très spéculatif, avec ce modèle affiné, la valeur H0 obtenue avec des mesures basées sur l'Univers primordial pourrait coïncider avec des mesures locales, " note Licia Verde, qui conclut :« Ce ne sera pas facile, mais de cette façon, nous pourrions enfiler l'aiguille cosmique sans casser ce qui fonctionne bien dans le modèle."