gov-civil-vilareal.ptÀ quelle vitesse l'Univers s'étend-il ? La réponse dépend de la façon dont vous la mesurez, et c'est un problème
>L'Univers est en expansion.
Wow, j'aime toujours pouvoir écrire ça. C'est une déclaration si merveilleuse, compacte et simple, mais qui a des implications si profondes qu'il peut s'écouler des décennies avant que nous ne les comprenions toutes. Et nous le savons depuis un siècle déjà.
Mais c'est vrai. Nous avons beaucoup de preuves indépendantes qui le montrent. Cela signifie que l'Univers était plus petit dans le passé, et si vous reculez l'horloge d'environ 13,8 milliards d'années, vous constaterez que tout dans le cosmos était regroupé en un seul endroit incroyablement chaud et dense. Faites à nouveau avancer l'horloge et vous obtenez les premiers instants de l'Univers : le Big Bang.
Une question extrêmement importante qui se pose naturellement est la suivante : comment vite l'Univers est-il en expansion ? Il s'avère que les objets plus éloignés s'éloignent de nous plus rapidement, nous utilisons donc une unité étrange pour décrire l'expansion : une vitesse par distance. Doubler la distance et la vitesse à laquelle un objet recule double également.
Ce nombre en astronomie a un nom : la constante de Hubble. Edwin Hubble a essayé de le calculer au début du 20e siècle, et nous avons pu l'affiner beaucoup depuis lors. C'est environ 70 kilomètres par seconde par mégaparsec (un mégaparsec, ou Mpc, correspond à un million de parsecs, ou 3,26 millions d'années-lumière ; à titre de comparaison, la galaxie d'Andromède est à un peu moins de 1 Mpc de nous). Ainsi, dans un Univers en expansion libre, un objet distant de 1 Mpc s'éloignera de vous à 70 km/sec. Un objet distant de 10 Mpc s'enfuira à 700 km/sec, et ainsi de suite.
Bizarre, non ? Mais voici où les choses deviennent vraiment bizarre. Il existe de nombreuses façons de mesurer la constante de Hubble. L'une consiste à le faire localement, en regardant les galaxies proches, en mesurant à la fois leurs distances et leurs vitesses. Nous avons de nombreuses façons de mesurer les deux (que j'aborderai un peu plus dans un instant). Lorsque vous faites cela, vous obtenez une constante de Hubble de 73 km/sec/Mpc.
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Une autre façon est de regarder le de bonne heure Univers, à des choses très lointaines. Environ 375 000 ans après la formation de l'Univers, il s'était suffisamment agrandi pour devenir transparent . Il faisait encore chaud, et maintenant, aujourd'hui, nous voyons cette chaleur résiduelle imprégner tout le ciel. Alors que l'Univers continuait à s'étendre, cette chaleur s'est refroidie (vous pouvez aussi la considérer comme la lumière de cette boule de feu ayant été redshift à mesure que l'Univers s'éloigne de nous). Nous le voyons maintenant comme une lueur continue de micro-ondes partout où nous regardons.
En examinant très attentivement cette lueur, nous pouvons en apprendre beaucoup sur les conditions de l'Univers à l'époque. Nous pouvons également calculer la constante de Hubble de cette façon, et le nombre que vous obtenez lorsque vous le faites est d'environ 67 km/sec/Mpc.
Euh. Attendre. Ces deux nombres sont différents. C'est étrange.
Ça l'est vraiment. Et c'est de pire en pire. Toutes les méthodes locales obtiennent le nombre le plus élevé, et toutes les méthodes lointaines et primitives de l'Univers obtiennent le nombre le plus petit. C'est comme si l'Univers n'était pas d'accord avec lui-même.
C'est comme construire un pont à travers un canyon, en commençant aux deux extrémités, pour que les deux ne se rencontrent pas au milieu. Cela me rappelle un peu le dessin 'Belvedere' de M.C. Escher. Cela n'a pas de sens.
L'emblématique « Belvédère » de M. C. Escher, un bâtiment paradoxal où la perspective est déformée de manière époustouflante. Crédit: M.C. Escher
En fait, lorsque ces chiffres ont été déterminés pour la première fois, ils n'étaient pas si éloignés, car l'incertitude des mesures était élevée. Pendant un certain temps, nous ne connaissions pas la constante de Hubble à un facteur deux près. Mais à mesure que les mesures s'amélioraient, nous avons commencé à les voir se séparer.
Voici où les choses deviennent amusantes : Un nouveau projet a essayé de trouver le numéro local. Il a été dirigé par un vieil ami et collègue étudiant diplômé Adam Riess (qui a joué un rôle déterminant dans la découverte de l'accélération de l'expansion d'Universal - plus sur ce en une seconde aussi - et a gagné quelques distinctions décentes à cause de ça). Ils ont utilisé le télescope spatial Hubble pour observer un type d'étoile très spécifique, appelé variable céphéide. Ces étoiles se dilatent et se contractent avec le temps, et deviennent plus lumineuses et plus sombres comme elles le font. Il y a un siècle, on a découvert que la période, le temps qu'il leur faut pour s'éclaircir et s'estomper, était liée à la quantité totale d'énergie qu'elles dégagent.
C'est énorme : cela signifie que si vous pouvez mesurer leur période, vous pouvez connaître leur luminosité. Et puis, si vous mesurez leur luminosité, tu peux trouver leur distance ! C'est crucial, car nous voyons des Céphéides dans d'autres galaxies, ce qui signifie qu'elles nous donnent une méthode pour déterminer les distances de ces galaxies. En fait, c'est l'équipe de Hubble qui a utilisé cela pour déterminer les distances de certaines galaxies proches dans les années 1920.
L'équipe de Riess a regardé à 7 Céphéides dans notre propre galaxie de la Voie Lactée et mesuré non seulement leur luminosité, mais aussi leur parallaxe, leur changement apparent de position lorsque la Terre se déplace autour du Soleil (pour plus de détails, puis-je suggérer de regarder 'Crash Course Astronomy: Distances' ?). En mesurant ce changement sur plusieurs années, ils peuvent obtenir très distances précises pour ces étoiles.
Un autre avantage est que nous utilisons Hubble pour observer ces Céphéides dans d'autres galaxies, donc cela met toutes les observations sur un pied d'égalité ; il est plus difficile de tout mettre en cohérence lorsque vous utilisez différents observatoires.
L'une des variables céphéides, S Vulpeculae, observée à l'aide de Hubble. Sa distance était de 10 124 années-lumière de la Terre. D'autres étoiles marquées ont été utilisées pour calibrer les mesures de distance. Crédit: Riess et al.
Ce nouveau travail a donc permis de resserrer les mesures de distance à ces Céphéides de la Voie lactée, qui se situent entre environ 5 500 et 12 000 années-lumière. En utilisant ces meilleures mesures pour ensuite amorcer la distance aux Céphéides extragalactiques, l'équipe de Riess constate que la valeur locale de la constante de Hubble est de 73,48 ± 1,66 km/sec/Mpc, un changement d'environ 4 % par rapport à l'ancienne valeur.
Mais le plus important, vraiment, c'est qu'ils ont abaissé le incertitude dans cette valeur, ce qui signifie que nous pensons que cette valeur est plus précise. Cela signifie à son tour que la valeur inférieure trouvée en utilisant les premières mesures de l'Univers vraiment est différent. Ce n'est pas seulement que nos mesures sont fragiles ; l'Univers nous dit vraiment que les choses étaient différentes à l'époque. La probabilité que cela soit dû à une coïncidence ou à quelque chose de non réel est d'environ 1 sur 4 600. Je prends ce pari. C'est réel.
Qu'est-ce que tout cela signifie? Eh bien, en un mot, cela signifie que l'Univers semble s'étendre plus rapidement maintenant que par le passé. Pour être clair, nous le savions déjà : Les astronomes ont découvert que l'expansion d'Universal s'accélérait en 1998 (Riess faisait partie de l'une des deux équipes indépendantes qui ont trouvé cela). Mais ces nouveaux résultats semblent indiquer que l'accélération est encore plus élevée que nous ne le pensions.
C'est le champ ultra-profond de Hubble, et presque tout ce que vous y voyez est une galaxie lointaine, à des milliards d'années-lumière. Crédit: NASA, ESA, H. Teplitz et M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) et Z. Levay (STScI)
Alors qu'est-ce que ce signifier? C'est une bonne question, pour laquelle il y a trop de réponses possibles. Il est possible que l'énergie noire, l'entité étrange derrière l'accélération, soit plus forte que prévu. Peut-être qu'il grandit avec le temps ; c'est une idée qui circule depuis un moment. Le truc, c'est que nous ne savons tout simplement pas quelle est l'énergie noire est , de quoi il est fait ou comment il se comporte. Ces nouvelles observations pourraient aider.
Mais c'est peut-être encore autre chose. Matière noire joue également un rôle dans cela : une certaine forme de matière qui, selon nous, ne fonctionne pas bien avec la matière et la lumière normales, il est donc impossible de voir directement. Il dépasse d'un facteur 5 la matière normale dans l'Univers, et nous savons qu'il existe. Mais, s'il se comporte d'une manière inhabituelle, comme peut-être interagir un peu avec la matière normale, cela pourrait changer la façon dont l'Univers lui-même évolue au fil du temps.
Voici le truc : Nous ne savons pas . Tout cela est assez nouveau et pousse notre équipement et nos théories à leurs limites. C'est pourquoi cela est encore en train d'être cloué. N'oubliez pas que nous ne savons qu'il y avait d'autres galaxies que depuis une centaine d'années et que l'expansion s'accélère depuis 20 ans. Nous commençons à peine à comprendre cela.
Mais ce que je préfère dans tout ça, c'est que nous sera comprendre. C'est ce que font les humains ; c'est ce que fait la science. L'Univers est un endroit assez déroutant, et notre cerveau n'a pas vraiment évolué pour être à l'aise d'y réfléchir. Mais c'est en fait pourquoi nous avons la science, pour nous aider à comprendre. Ajoutez à cela les mathématiques, l'ingénierie et notre curiosité imparable et insatiable, et même le cosmos lui-même nous livrera ses secrets.
ça vient la nuit des médias de bon sens
L'Univers s'étend plus rapidement chaque jour, mais notre capacité à le surveiller aussi. On se rattrapera.
