Même si nous étions conscients qu'il restait encore beaucoup à découvrir, l'apparent accord entre nos observations, nos calculs et notre cadre théorique indiquait que notre connaissance de l'univers était appelée à croître de manière significative et sans interruption.

Cependant, grâce à des observations et des calculs de plus en plus sophistiqués, l’émergence d’un « problème » apparemment mineur dans notre compréhension de l’univers s’est avérée capable de bloquer des engrenages apparemment parfaitement huilés. Au début, on pensait que cela pouvait être résolu avec des calculs et des mesures encore plus précis, mais ce n'était pas le cas.

La « tension cosmologique » (ou tension de Hubble), est un écart entre les deux manières dont nous calculons ce que l'on appelle le paramètre de Hubble, H₀ , qui décrit l'expansion de l'univers.

Le paramètre Hubble peut être calculé de deux manières :

• Les observations astrophysiques de corps célestes définis comme locaux, c'est-à-dire pas très loin de nous :il est possible de calculer la vitesse à laquelle des corps situés à différentes distances s'éloignent. L'expansion et H₀ dans ce cas, est calculé en comparant les vitesses et les distances.
• Les calculs sont basés sur les données du fond diffus cosmologique CMB, un rayonnement faible et extrêmement lointain remontant au tout premier univers. Les informations que nous recueillons à cette distance nous permettent de calculer le taux d'expansion de l'univers et le paramètre Hubble.

Ces deux sources ont fourni des valeurs de H₀ pas exactement égales, mais très proches et cohérentes. , et à l’époque, il semblait que les deux méthodes concordaient bien. Bingo.

C’est vers 2013 que nous avons réalisé que « les chiffres ne correspondaient pas ». "L'écart qui est apparu peut sembler minime, mais étant donné que les barres d'erreur des deux côtés sont de plus en plus petites, cet écart entre les deux mesures devient grand", explique Khalife.

Les deux valeurs initiales de H₀ , en fait, n'étaient pas très précis, et comme les « barres d'erreur » étaient suffisamment grandes pour se chevaucher, on espérait que de futures mesures plus fines coïncideraient enfin. "Puis l'expérience Planck est arrivée, donnant de très petites barres d'erreur par rapport aux expériences précédentes" mais maintenant toujours l'écart, anéantissant les espoirs d'une résolution facile.

Planck était un satellite lancé dans l'espace en 2007 pour recueillir une image du CMB aussi détaillée que jamais auparavant. Ses résultats publiés quelques années plus tard ont confirmé que l’écart était réel et que ce qui était une inquiétude modérée s’est transformé en une crise importante. En bref :les sections de l'univers les plus récentes et les plus proches que nous observons racontent une histoire différente, ou plutôt semblent obéir à une physique différente, que les sections les plus anciennes et les plus lointaines, une possibilité très improbable.

S’il ne s’agit pas d’un problème de mesures, cela pourrait être une faille dans la théorie, pensaient beaucoup. Le modèle théorique actuellement accepté est appelé ΛCDM. ΛCDM est largement basé sur la relativité générale – la théorie la plus extraordinaire, la plus élégante et la plus confirmée par l'observation sur l'univers formulée par Albert Einstein il y a plus d'un siècle – et prend en compte la matière noire (interprétée comme froide et lente) et l'énergie noire. comme constante cosmologique.

Au cours des dernières années, divers modèles alternatifs ou extensions du modèle ΛCDM ont été proposés, mais jusqu'à présent, aucun ne s'est avéré convaincant (ou parfois même trivialement testable) pour réduire de manière significative la « tension ».

"Il est important de tester ces différents modèles, de voir ce qui fonctionne et ce qui peut être exclu, afin de pouvoir réduire le chemin ou trouver de nouvelles directions vers lesquelles se tourner", explique Khalife. Dans leur nouvel article, lui et ses collègues, sur la base de recherches antérieures, ont aligné 11 de ces modèles, mettant un peu d'ordre dans la jungle théorique qui a été créée.

Les modèles ont été testés avec des méthodes analytiques et statistiques sur différents ensembles de données, provenant à la fois de l'univers proche et lointain, y compris les résultats les plus récents du SH₀ ES (Supernova H₀ pour l'équation d'état) et SPT-3G (la nouvelle caméra améliorée du télescope du pôle Sud, collectant le CMB). Le travail a été publié dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

Trois des modèles sélectionnés qui se sont révélés dans des travaux antérieurs comme étant des solutions viables ont finalement été exclus par les nouvelles données prises en compte dans cette recherche. En revanche, les trois autres modèles semblent encore capables de réduire la tension, mais cela ne résout pas le problème.

"Nous avons constaté que ceux-ci pourraient réduire la tension de manière statistiquement significative, mais uniquement parce qu'ils ont de très grandes barres d'erreur et que les prédictions qu'ils font sont trop incertaines pour les normes de la recherche en cosmologie", explique Khalife.

"Il y a une différence entre résoudre et réduire :ces modèles réduisent la tension d'un point de vue statistique, mais ils ne la résolvent pas", ce qui signifie qu'aucun d'entre eux ne prédit une grande valeur de H_{0 à partir des seules données CMB. Plus généralement aucun des modèles testés ne s'est révélé supérieur aux autres étudiés dans ce travail en matière de réduction de tension.}

"Grâce à notre test, nous savons maintenant quels sont les modèles que nous ne devrions pas considérer pour résoudre la tension", conclut Khalife, "et nous connaissons également les modèles que nous pourrions envisager à l'avenir."

Ce travail pourrait servir de base aux modèles qui seront développés dans le futur, et en les contraignant avec des données de plus en plus précises, nous pourrions nous rapprocher du développement d'un nouveau modèle pour notre univers.