Connaître la vitesse d'expansion de l'Univers est un paramètre important pour les scientifiques. À quoi sert vraiment cette donnée ? Que peut-elle nous apprendre ?

Lorsque l’on observe les galaxies, elles donnent l’impression de s’éloigner de nous (et plus elles sont lointaines, plus elles semblent s’éloigner vite). En réalité, ce ne sont pas les galaxies qui s’éloignent les unes des autres, mais l’espace lui-même qui se dilate : l’Univers est en expansion. À quel taux ? La question occupe les scientifiques, qui cherchent à déterminer ce qu’on appelle la constante de Hubble (qui donne le taux d’expansion de l’Univers à un instant donné).

« La constante de Hubble est un vieux problème en astrophysique. Elle est importante car elle permet de donner, à toutes les échelles, les distances en fonction de la vitesse. Plus un objet est lointain, plus il s’éloigne vite. Si on change la constante de Hubble, on change toutes les distantes », explique à Numerama Geneviève Soucail, astronome à l’observatoire Midi-Pyrénées. Connaître le taux d’expansion de l’Univers renseigne sur son évolution. « La constante de Hubble est un indicateur de l’âge global de l’Univers, à un temps fixé depuis le Big Bang », poursuit la scientifique.

Un schéma pour comprendre l’expansion de l’univers : l’évolution d’une tranche de l’espace. // Source : Wikimedia/CC/Waterced (photo recadrée et modifiée)

Comment mesure-t-on la constante de Hubble ?

« Il y a deux façons de mesurer la constante de Hubble : soit de façon locale, en trouvant des mesures de distances indépendantes des mesures d’éloignement, soit en utilisant les propriétés de l’Univers jeune », énumère Geneviève Soucail.

Les propriétés de l’Univers jeune peuvent être étudiées à l’aide du fond diffus cosmologique (ou rayonnement fossile), un rayonnement détecté par le satellite Planck qui correspond à la plus ancienne lumière encore présente dans l’Univers. Le fond diffus cosmologique a été utilisé pour déduire le taux d’expansion de l’univers. Pour expliquer les observations du fond diffus cosmologique, un modèle particulier est utilisé. « La cosmologie tente de rendre compte de toutes les observations qui sont faites. On utilise pour cela le modèle concordant de la cosmologie pour expliquer les propriétés de l’Univers. On parle aussi de modèle LambdaCDM. Il prend en compte le fait que l’Univers est plat, qu’il est composé de matière ordinaire, de matière noire et d’énergie sombre », résume Sandrine Codis, astrophysicienne au CNRS et chercheuse à l’Institut d’astrophysique de Paris.

Le fond diffus cosmologique. // Source : Wikimedia/CC/NASA (image recadrée et modifiée)

Quant aux mesures locales du taux d’expansion de l’Univers, comment sont-elles réalisées ? « On utilise des supernovæ [ndlr : des étoiles en fin de vie] comme des ‘chandelles standard’ » (c’est-à-dire des objets astronomiques que l’on reconnait à distance et dont la luminosité est connue), poursuit Sandrine Codis. Mesurer directement les distances des étoiles n’est pas aisé. « Pour les étoiles lointaines, on utilise la mesure de distance des étoiles proches, complète Geneviève Soucail. C’est comme cela que l’on peut arriver à mesurer la distance d’objets situés à des centaines de millions d’années-lumière. »

Des mesures incompatibles

Dans les années 1990, la communauté scientifique découvre que l’expansion de l’univers accélère. « Le problème est que les valeurs mesurées, d’un côté à l’aide du fonds diffus cosmologique, de l’autre de façon localisée, ne sont pas compatibles, explique Sandrine Codis. On obtient deux mesures significativement différentes et on ne trouve aucune solution. »

Plus récemment, la technique des lentilles gravitationnelles a permis d’étoffer le faisceau de preuves dont disposent les chercheurs. Mais elle ne permet pas de trancher la question. « On obtient le même résultat qu’avec la technique des supernovaæ. Cela veut dire que l’on se retrouve actuellement avec deux mesures incompatibles avec celle obtenue à partir du fond diffus cosmologique », poursuit l’astrophysicienne.

Des hypothèses ont été proposées pour résoudre ce mystère, mais aucune ne convainc vraiment. « Il est possible que notre modèle ne soit plus assez fin. On est dans un flou artistique. Mais cela n’empêche pas d’avancer, au contraire, il y a encore plus de mesures qui sont faites. Les théories foisonnent pour tenter d’expliquer ces différences », conclut Sandrine Codis.

Partager sur les réseaux sociaux