L'Univers est en expansion, mais à quelle vitesse ? C'est une question qui taraude les astronomes depuis des décennies. Deux méthodes de mesure donnent des réponses différentes, et cet écart est appelé la tension de Hubble. Les uns observent l'Univers primordial à travers le rayonnement fossile, les autres les supernovae proches et les céphéides. La différence est minime, mais tenace : environ 9 %. C'est comme si deux thermomètres dans une même pièce affichaient 20 et 22 degrés — ils semblent tous deux avoir raison, mais pourtant ils divergent.
La nouvelle approche propose de ne pas se disputer sur la valeur exacte de la constante de Hubble, mais de construire un test qui n'en dépend pas du tout. L'idée est de prendre deux types de distances : l'une mesurée par le délai de la lumière dans une lentille gravitationnelle (lorsqu'un objet massif courbe le trajet de la lumière, et que l'on voit plusieurs images de la même source arriver à des moments différents), et l'autre par les ondes gravitationnelles issues de la fusion d'étoiles à neutrons, qui agissent comme des sirènes standard : leur luminosité intrinsèque est connue par la physique, donc à partir de la luminosité observée, on peut calculer la distance. Le rapport de ces deux distances ne dépend que de la façon dont le taux d'expansion a changé au cours du temps, et non de sa valeur absolue aujourd'hui.
En comparant ce rapport, prédit à partir des données de l'Univers primordial, avec celui mesuré à des époques tardives, les scientifiques obtiennent un test pur : s'ils coïncident, cela signifie que le modèle standard d'expansion est correct, et que la tension de Hubble est due à des erreurs de mesure. Sinon, cela signifie qu'à un moment donné après le Big Bang, l'Univers s'est étendu différemment de ce que l'on pensait. Et si l'on ajoute une mesure indépendante de la constante de Hubble, on peut même dire à quelle époque précise l'écart s'est produit.
Pour l'instant, la méthode attend des données : il faut capter des ondes gravitationnelles qui ont traversé une lentille gravitationnelle. De tels événements n'ont pas encore été enregistrés, mais les détecteurs LIGO et Virgo s'améliorent, et dans les prochaines années, ils pourraient apporter les premiers résultats. Alors, nous aurons une nouvelle règle cosmologique — sans graduations, mais avec une échelle très précise.
Les ondes gravitationnelles issues de la fusion d'étoiles à neutrons sont si faibles que les détecteurs LIGO détectent un changement de longueur de leurs bras de quatre kilomètres équivalent à un millième du diamètre d'un proton — c'est comme mesurer la distance de l'étoile la plus proche avec une précision de l'épaisseur d'un cheveu humain.