L'Univers ne rajeunit pas : les étoiles anciennes enterrent les solutions « précoces » ✛ ✦
Le modèle cosmologique standard ΛCDM, où la matière noire et l'énergie noire jouent les architectes en chef de l'Univers, prédit depuis des décennies les données astronomiques avec la précision d'un chronomètre suisse. Trois génies en ont posé les fondations. Georges Lemaître a proposé l'expansion à partir d'un « atome » hyperdense. Edwin Hubble l'a confirmée par le décalage vers le rouge. Et Vera Rubin, avec ses courbes de rotation des galaxies, a convaincu le monde que l'Univers est rempli de matière invisible. Mais un détail refusait obstinément de se mettre en place : la valeur de la constante de Hubble, calculée à partir du rayonnement fossile, divergeait des mesures directes dans l'Univers local. Cette tension de Hubble a engendré de nombreuses hypothèses. L'une des plus audacieuses : dans l'Univers primordial, avant l'époque de la recombinaison, une force supplémentaire aurait accéléré l'expansion. Le prix à payer pour une telle solution « précoce » est un rajeunissement du cosmos à un âge adolescent de 12,9 milliards d'années. Mais l'âge a un arbitre strict : les étoiles les plus anciennes, dont les horloges thermonucléaires tournent inlassablement depuis 13,8 milliards d'années.
La structure en couches de la galaxie est comparable à une carotte de glace de l'Antarctique : chaque couche stellaire conserve la composition chimique de son époque. Pour atteindre les dépôts les plus anciens, les astronomes ont passé au crible des centaines de milliers d'échantillons, éliminant les « contaminations » récentes. À l'aide des données de l'étude spectroscopique LAMOST et de l'astrométrie de Gaia, ils ont sélectionné 155 600 sous-géantes dans le voisinage du Soleil — des fossiles stellaires, pauvres en fer et riches en éléments α, cendres des premières supernovae. L'âge de chacune a été déterminé en les plaçant sur des trajectoires évolutives — sortes d'« échelles de temps ralenti » — calibrées sur les teneurs en hélium et en carbone.
La reconstruction finale des âges par chaînes de Markov ressemble à un faisceau de projecteur : à la limite de 13,73 milliards d'années, la distribution s'interrompt brusquement. Ajoutons 0,2 milliard d'années pour la naissance des premières étoiles après le Big Bang — et nous obtenons un âge de l'Univers de 13,93 milliards d'années. Ce chiffre tombe exactement dans la prédiction ΛCDM (13,8 milliards d'années) et diverge des solutions « précoces » de la tension de Hubble de 0,8 milliard d'années — un écart de plus de 3σ. Même en assouplissant les critères de sélection, les astronomes n'ont pas pu abaisser la barre sous 13,31 milliards d'années. Les fossiles stellaires opposent leur veto aux théories qui rajeunissent le cosmos : ces 0,8 milliard d'années représentent plus que l'âge du Système solaire ; se tromper de toute une vie de planète est impossible.
Ce résultat jette une ombre sur toute une pléiade d'hypothèses qui invoquaient une physique exotique dans l'enfance du cosmos — qu'il s'agisse de nouvelles particules, d'une gravité variable ou de dimensions supplémentaires. La clé de la tension de Hubble semble se cacher non pas dans l'Univers précoce, mais tardif : dans les vides locaux, les inhomogénéités ou d'ingénieuses modifications de la relativité générale. Pour la trouver, il faudra des âges encore plus précis. À l'horizon se profilent des isochrones actualisées, l'astérosismologie qui transforme les étoiles en diapasons (leurs oscillations révéleront l'âge des intérieurs), et le télescope James Webb, capable de discerner les braises faiblardes des premières étoiles de faible masse. Nous ne faisons que commencer à feuilleter les archives paléontologiques de la Voie lactée, et chaque nouvelle strate resserre les marges de l'imagination. Ainsi, pas à pas, la cosmologie fondamentale trouve le chaînon manquant.
L'étoile la plus ancienne de cette étude est une sous-géante banale de 0,8 masse solaire. Pendant près de 13 milliards d'années, elle a brûlé régulièrement de l'hydrogène sur la séquence principale et n'a commencé que récemment à enfler, se transformant en géante rouge. Les astronomes l'ont surprise au seuil de la retraite stellaire — un moment qui dure des millions d'années, mais qui, à l'échelle cosmique, est éphémère.
Dans le roman « Tau Zéro » de Poul Anderson, un vaisseau spatial accélère à des vitesses subluminiques et l'équipage assiste à des milliards d'années d'histoire cosmique. Cette recherche rappelle que, même sans voyages extrêmes, on peut plonger dans le passé profond — il suffit d'étudier les fossiles stellaires disséminés dans la Voie lactée.