Stupéfaction chez les astronomes

L’Univers s’effondrerait plus tôt qu’on ne l’imaginait !
 
Le drame, quoi…
Parce que d’après le modèle cosmologique standard communément admis par la profession, l’Univers est depuis quelques milliards d’années dans une phase d’expansion accélérée, qui devrait être éternelle et conduire à un monde de plus en plus froid et finalement inhospitalier pour la vie, et où l’on ne pourra même plus voir les galaxies lointaines, devenues trop peu lumineuses avec les distances devenues plus que gigantesques.
Complètement faux, s’insurge une équipe de chercheurs coréens pour qui, au contraire, l’Univers serait déjà passé d’une phase d’accélération à une phase de décélération, ce qui remet donc en cause l’idée d’une expansion éternelle et sa fin glaciale.
 
Pourtant, si l’on tient compte de la seule gravité, cette expansion devrait ralentir alors qu’elle semble accélérer au cours du temps… qui passe sans jamais revenir.
Ce phénomène pourrait être dû à une force étrange : L’énergie noire !
Qu’on peut rappeler de la façon suivante : Dans les années 1950, le modèle cosmologique standard (la majorité des cosmologistes se rangeaient alors derrière Fred Hoyle qui, en 1948, avec Hermann Bondi et Thomas Gold, avait proposé le désormais défunt modèle cosmologique stationnaire) était celui d’un Univers infini en expansion constante de toute éternité.
Dans ce modèle, l’effet de dilution de la matière, sous forme d’un gaz de galaxies, était compensé par une création continue de matière, un gaz d’atomes légers se condensant pour donner des étoiles et des galaxies qui évoluaient vers des éléments lourds par nucléosynthèse stellaire.
 
Mais, en 1965, tout a changé avec la découverte du rayonnement fossile, enfonçant le dernier clou dans le cercueil du modèle cosmologique précédent déjà moribond suite à la découverte des quasars et validant la théorie du Big Bang de Lemaître, Gamow et Alpher.
Le modèle cosmologique qui lui a succédé prédisait un cosmos dont la vitesse d’expansion de l’espace était décroissante depuis le Big Bang.
Ce fut donc une nouvelle surprise quand, à la fin des années 1990, deux équipes d’astronomes – utilisant des supernovæ « SN Ia » – ont découvert indépendamment que depuis environ 7 milliards d’années la décélération s’était changée en expansion accélérée !
 
Pour en rendre compte, il aura fallu réintroduire dans les équations d’Einstein – celles issues de sa théorie relativiste de la gravitation – une constante physique nouvelle que l’on pouvait interpréter comme une densité d’énergie exotique conduisant à une force de gravitation paradoxalement répulsive : La fameuse constante cosmologique d’Einstein qu’il avait lui-même introduite en 1917 dans le premier modèle cosmologique relativiste dérivé de la relativité générale.
La « gravitation répulsive » existe probablement, au moins dans les équations mathématiques décrivant ces phénomènes, puisqu’il s’agit juste d’un changement de signe – de positif en négatif – d’une des variables en jeu.
Et puis on peut en voir les traces dans la répartition visible des étoiles à l’échelle des galaxies.
 
Mais aujourd'hui, et depuis quelques années, des indications s’accumulent suggérant que cette constante ne l’est en fait pas et qu’elle peut varier dans le temps (ce qui lui fait du tort pour sa réputation…), en accord avec certaines théories déjà postulées pour une nouvelle physique et qui peuvent rendre compte de cette constante qui se comporte comme une mystérieuse énergie noire, encore dite « sombre » (Dark energy, en anglais).
Rappelons à cette occasion que les supernovæ « SN Ia » sont des explosions de naines blanches, ces étoiles mortes pouvant contenir la masse du Soleil dans le volume de la Terre.
Ces explosions sont très lumineuses, donc visibles à des milliards d’années-lumière et avec une puissance peu variable, ce qui en fait des « chandelles de référence », comme le disent les astrophysiciens dans leur jargon.
 
Cela permet d’évaluer les distances des galaxies où elles se sont produites, parfois il y a des milliards d’années, l’idée étant que plus elles sont éloignées, moins elles semblent lumineuses.
Et en mesurant aussi leur décalage spectral, on peut donc en déduire la valeur et l’évolution possible de la vitesse d’expansion du Cosmos.
Alors on obtient aussi une valeur que l’on appelle la constante de Hubble-Lemaître, qui permet de relier le décalage spectral d’une galaxie lointaine à sa distance à la Voie lactée (où plus le spectre lumineux est décalé vers l’infrarouge, plus la source semble s’éloigner plus vite alors qu’elle est déjà plus lointaine) et une estimation de la valeur et du comportement de la constante cosmologique.
Simple, quoi…
 
D’autant que des estimations indépendantes des « SN Ia » pour ces constantes sont aussi données par l’étude du rayonnement fossile – la plus vieille lumière du cosmos observable émise environ 380.000 ans seulement après le Big Bang – et par l’étude des grandes structures rassemblant des galaxies et des amas de galaxies et qui portent encore les traces d’ondes sonores dans le plasma chaud des premières secondes du Big Bang, que les astrophysiciens appellent dans leur jargon d’érudits des « ondes acoustiques baryoniques » ou BAO (Baryon Acoustic Oscillations).
Ce qui devait permettre, jusque-là, de concevoir quelques certitudes…
 
Or, depuis quelques années, il existe un désaccord qui fait débat entre les valeurs de la constante de Hubble-Lemaître déduite de l’étude du rayonnement fossile et celle déduite de l’étude des supernovæ, au point que l’on peut justement envisager pour éliminer ce désaccord un caractère dynamique pour l’énergie noire.
Et c’est dans ce contexte qu’est publié un nouvel article dans le Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et dont une version libre est disponible sur arXiv, qui vient tout juste d’être mis en ligne et apporte une nouvelle pièce à ce débat.
 
Dans ce communiqué de la Royal Astronomical Society, selon les mots de Young-Wook Lee de l’université Yonsei en Corée du Sud, principal auteur de l’article publié : « Notre étude montre que l’Univers est déjà entré dans une phase d’expansion ralentie à l’époque actuelle et que l’énergie sombre évolue beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait. Si ces résultats sont confirmés, cela marquerait un changement de paradigme majeur en cosmologie depuis la découverte de l’énergie sombre il y a 27 ans. »
Vous l’avez compris, tout change tout…
 
Car comment l’équipe coréenne peut-elle suggérer cette hypothèse ?
Simple : On l’a dit, les naines blanches ont été choisies pour sonder l’Univers profond et ancien parce qu’elles sont censées exploser avec une luminosité constante et donc servir d’étalons de mesure, ou de « chandelles standards » comme ils disent (les spécialistes).
Mais voilà que des études indépendantes laissent penser que ce n’est pas vraiment le cas. En l’occurrence il semble que tout comme les galaxies évoluent chimiquement, les naines blanches ne se forment pas à l’identique selon les âges des galaxies, c’est-à-dire plus précisément que leur luminosité intrinsèque quand elles explosent avec des réactions thermonucléaires en supernovæ varie selon l’âge des étoiles génitrices.
Les supernovæ issues de populations stellaires jeunes apparaissent systématiquement plus faibles, tandis que celles issues de populations plus anciennes apparaissent systématiquement plus brillantes.
Il y a donc un biais qui ne permet pas de considérer, sans tenir compte de l’âge de ces étoiles, la vraie luminosité des supernovæ « SN Ia » et donc toutes les conclusions que l’on peut en tirer.
 
Les « trouveurs » expliquent que déjà, si l’on combine les données de l’étude du rayonnement fossile avec les dernières données des études des BAO, en les combinant aussi avec les données des supernovæ les plus récentes, mais sans tenir compte de ce biais, on arrivait à la conclusion que l’expansion du cosmos observable allait décélérer dans le futur.
Mais on arrive à un résultat beaucoup plus spectaculaire en tenant compte aussi dans les combinaisons précédentes du biais des « SN Ia » qui semble exister.
La décélération serait déjà en cours et la signification statistique de cette affirmation dépasserait les « 9 sigmas », selon le jargon habituel des tests statistiques des sciences de la Nature !
Rappelons à ce sujet que l’on considère d’ordinaire qu’une découverte est très probablement certaine quand on dépasse les « 5 sigmas ».
C’est le cas déjà avec la corrélation entre l’âge des galaxies et des étoiles génitrices des « SN Ia » et le biais sur leur luminosité.
 
Il faut probablement encore garder la tête froide et attendre de nouvelles données plus précises sur les supernovæ que vont nous fournir dans les années à venir le satellite Euclid et l’Observatoire Vera C. Rubin.
Mais, si l’évolution de l’énergie noire se confirme, il faudra aussi tenter de déterminer quelle physique en est responsable et quel destin pour l’Univers en découle.
En fait, on pourrait se diriger vers un « Big Crunch » dans quelques dizaines de milliards d’années, probablement suivi ensuite d’un nouveau Big Bang.
Mais nous ne serons plus là pour en vérifier l’hypothèse…
Pourtant, plusieurs des théories quantiques de la gravitation proposées sont aussi des théories de l’unification des forces et de la matière. Et elles introduisent de nouveaux champs quantiques qui se comportent comme des champs dits scalaires, qui ne sont pas sans rappeler celui derrière l’existence du fameux boson de Brout-Englert-Higgs.
Pour rappel, un champ scalaire peut être visualisé comme un espace à n dimensions avec un nombre complexe ou réel attaché à chaque point de l’espace. En physique, un champ est appelé champ scalaire quand la grandeur physique mesurable est caractérisée par une valeur numérique généralement suivie d’une unité.
Aussi, il est alors possible d’introduire un champ scalaire variable dans le temps que l’on appelle un « champ de quintessence », un clin d’œil évident au cinquième élément de la philosophie d’Aristote (l’éther qui constitue l’espace, à côté de l’eau le feu, la terre et l’air).
Dans cette hypothèse, c’est sa densité d’énergie, donc variable, qui tiendrait lieu d’énergie noire.
Et là, tout pourrait peut-être s’expliquer : C’est une question de temps-machine pour le calculer et ensuite de pouvoir faire les observations confirmant l’hypothèse.
 
Imaginez bien que ça valait un « petit-post », parce que l’idée d’un univers qui oscille perpétuellement entre « Big bang » et « Big Crunch » a une portée métaphysique incommensurable.
D’ailleurs, les « Grecs antiques », toujours eux, l’avait déjà imaginé puisque pour eux l’univers n’est jamais qu’un « relâchement » d’une force qui n’est qu’énergie et qui s’assoupit de temps à autres pour créer toutes choses… y compris leurs dieux !
J’aime bien l’idée qui est d’ailleurs assez cohérente avec l’idée que l’Univers tel qu’on le connait, qu’il existe ou qu’il n’existe pas, de toute façon, dans les deux hypothèses même les puissances divines ne peuvent pas changer le moindre chiffre après la virgule du nombre Pi qui reste totalement invariable et infiniment précis…
 
Sur ce, je vous souhaite à toutes et tous un excellent début de semaine : Le reste suivra du même tonneau !
 
I³
 
Pour mémoire (n’en déplaise à « Poux-tine ») : « LE PRÉSENT BILLET A ENCORE ÉTÉ RÉDIGÉ PAR UNE PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA DE MASSE « NON RUSSE », REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE » !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)