Ce que vous devez retenir
- « Avec l’élimination des erreurs de mesure, ce qui reste est la possibilité réelle et passionnante que nous ayons mal compris l’univers », explique Adam Riess, professeur de physique et d’astronomie à l’Université Johns Hopkins et auteur principal de l’étude.
- il a reçu le prix Nobel de physique en 2011 pour sa découverte de l’énergie noire, cette force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers.
- « Nous avons maintenant couvert toute la gamme des observations de Hubble, et nous pouvons exclure une erreur de mesure comme cause de la tension de Hubble avec une très grande confiance », affirme Riess.
Les observations combinées des télescopes spatiaux James Webb et Hubble viennent de confirmer l’un des plus grands mystères de la physique moderne. L’univers semble s’étendre à des vitesses radicalement différentes selon où l’on regarde, remettant en question les fondements mêmes de notre compréhension cosmologique. Cette énigme scientifique pourrait transformer notre vision du cosmos.
La tension de Hubble : quand l’univers nous pose une colle
Le monde de la cosmologie traverse une véritable crise. Depuis plusieurs années, les scientifiques sont confrontés à un problème qui porte un nom : la tension de Hubble. En termes simples, cette tension représente l’écart troublant entre deux façons de mesurer la vitesse d’expansion de l’univers.
D’un côté, nous avons les mesures du fond diffus cosmologique, cette lumière primordiale émise seulement 380 000 ans après le Big Bang. De l’autre, les observations d’étoiles variables appelées Céphéides. Le hic ? Ces deux méthodes, pourtant considérées comme les plus fiables, donnent des résultats incompatibles.
Vous vous demandez peut-être pourquoi cette différence est si importante ? Imaginez que vous mesuriez la taille de votre salon avec deux mètres différents et que l’un vous donne 20 m² et l’autre 25 m². Vous sauriez immédiatement qu’il y a un problème avec vos instruments ou votre méthode. Mais dans le cas de l’univers, les instruments fonctionnent parfaitement. C’est notre compréhension fondamentale qui semble défaillante.
Des observations qui changent la donne
En 2019, les mesures du télescope Hubble avaient déjà confirmé l’existence du problème. En 2023, le télescope James Webb, avec sa précision inégalée, a renforcé ce constat. Mais certains scientifiques espéraient encore que des erreurs de mesure pouvaient expliquer ces différences.
Cette nouvelle étude, publiée le 6 février dans l’Astrophysical Journal Letters, met fin à ces espoirs. Pour la première fois, les deux télescopes ont travaillé ensemble pour observer plus de 1 000 étoiles Céphéides dans cinq galaxies situées jusqu’à 130 millions d’années-lumière de la Terre.
« Avec l’élimination des erreurs de mesure, ce qui reste est la possibilité réelle et passionnante que nous ayons mal compris l’univers », explique Adam Riess, professeur de physique et d’astronomie à l’Université Johns Hopkins et auteur principal de l’étude. Riess n’est pas n’importe qui dans le milieu : il a reçu le prix Nobel de physique en 2011 pour sa découverte de l’énergie noire, cette force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers.
Deux méthodes, deux résultats incompatibles
Pour mieux saisir le problème, examinons les deux méthodes utilisées pour calculer la constante de Hubble, cette valeur qui décrit le taux d’expansion de l’univers :
- La méthode du fond diffus cosmologique : Entre 2009 et 2013, le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne a cartographié ce rayonnement fossile pour déterminer une constante de Hubble d’environ 67 kilomètres par seconde par mégaparsec (km/s/Mpc).
- La méthode des étoiles Céphéides : Ces étoiles pulsantes servent d’échelle cosmique pour mesurer les distances dans l’univers. Selon cette méthode, la constante de Hubble serait plutôt de 74 km/s/Mpc.
L’écart entre ces deux valeurs peut sembler minime, mais à l’échelle cosmique, il est absolument énorme. C’est comme si vous aviez deux GPS qui vous indiquent des destinations à des centaines de kilomètres l’une de l’autre.
La fin des doutes sur la précision des mesures
Au départ, certains scientifiques pensaient que cette disparité pouvait résulter d’erreurs de mesure causées par la superposition des Céphéides avec d’autres étoiles dans le champ de vision de Hubble. Mais en 2023, les chercheurs ont utilisé le télescope James Webb, beaucoup plus précis, pour confirmer que leurs mesures initiales étaient correctes.
Ce qui manquait encore, c’était la vérification pour les galaxies plus lointaines. La nouvelle étude comble cette lacune. « Nous avons maintenant couvert toute la gamme des observations de Hubble, et nous pouvons exclure une erreur de mesure comme cause de la tension de Hubble avec une très grande confiance », affirme Riess.
Les caméras infrarouges du télescope James Webb lui permettent d’observer l’univers avec une précision inégalée. Elles peuvent distinguer des détails que le télescope Hubble ne pouvait pas voir clairement, ce qui rend leurs observations combinées particulièrement puissantes.
« En combinant Webb et Hubble, nous obtenons le meilleur des deux mondes. Nous constatons que les mesures de Hubble restent fiables à mesure que nous grimpons plus loin le long de l’échelle des distances cosmiques », ajoute Riess.
Quelles conséquences pour notre vision du cosmos ?
Si les erreurs de mesure sont écartées, que reste-t-il ? Des théories fascinantes émergent pour tenter d’expliquer cette anomalie. Certains physiciens suggèrent l’existence de particules ou de forces encore inconnues qui agiraient sur l’expansion cosmique. D’autres évoquent la possibilité que notre compréhension de la gravité soit incomplète.
Vous vous rappelez peut-être comment, au début du 20e siècle, de petites anomalies dans l’orbite de Mercure ont conduit à la théorie de la relativité générale d’Einstein. La tension de Hubble pourrait être le signe avant-coureur d’une révolution scientifique comparable.
Un mystère qui redéfinit la cosmologie
« Nous ne l’appellerions pas une tension ou un problème, mais plutôt une crise », avait déclaré David Gross, astronome lauréat du prix Nobel, lors d’une conférence en 2019 à l’Institut Kavli de physique théorique en Californie.
Cette crise est désormais bien établie. La cosmologie se trouve à un carrefour, similaire à celui que la physique a connu au début du siècle dernier. Les modèles qui décrivent l’origine et l’évolution de l’univers devront peut-être être revus en profondeur.
Les implications sont immenses. Si notre compréhension de l’expansion cosmique est incorrecte, cela affecte nos estimations de l’âge de l’univers, son destin ultime, et même la nature de la matière noire et de l’énergie noire qui constituent 95% du cosmos.
À quoi ressemblera la cosmologie dans dix ans ? Difficile à dire. Mais une chose est sûre : nous vivons une période exceptionnelle pour la science, où ce qui semblait acquis est remis en question, ouvrant la voie à de nouvelles découvertes qui pourraient transformer notre compréhension de la réalité.
La tension de Hubble nous rappelle avec force que la science n’est jamais définitive. Elle avance par questionnements, par doutes, et parfois par crises. Et c’est justement ce qui la rend si passionnante.
