échelle des distances cosmiques

Six coureurs sprintent sur la piste, et les juges mesurent leur vitesse sans remarquer le vent arrière. Le vent souffle dans leur dos, et les chronomètres affichent un meilleur résultat que la réalité.

Mesurer les distances dans l'Univers n'est pas une mince affaire. Presque toutes les méthodes reposent sur la lumière, or celle-ci peut être absorbée par la poussière, diffusée ou déformée sur le chemin. C'est un peu comme essayer de distinguer un phare lointain à travers le brouillard et la brume. Les neutrinos, eux, sont tout autre chose.

L'aube cosmique nous est cachée par un épais voile de temps. Pour voir derrière, il faut capter le signal radio des nuages d'hydrogène neutre — le fameux signal global à 21 cm. Mais il est si faible que le bruit propre du récepteur le submerge.

Quatre faibles traits sur l’image — tout ce que voit l’astronome. Ainsi, un sculpteur restaure la forme d’un verre invisible à partir de quatre ombres.

L'arbre généalogique se transforme en écheveau si l'on tient compte des enfants adoptés et des remariages. L'évolution ressemble souvent à un tel écheveau : bien que le modèle standard dessine un arbre des espèces bien propre, en réalité les gènes voyagent non seulement par héritage, mais aussi directement entre organismes non apparentés.

L'univers résonne de silence. La part du lion de la matière — environ 85 % — reste invisible, ne se manifestant que par la gravité. Déjà Vera Rubin avait montré que les galaxies tournent comme si une masse invisible les enveloppait.

La cosmologie moderne est en dissonance. Les mesures locales de la constante de Hubble à partir des supernovae et des céphéides donnent environ 73 km/s/Mpc, tandis que les contraintes globales issues du fond diffus cosmologique dans le cadre du modèle standard ΛCDM…

Le débat cosmologique rappelle une situation où deux artisans mesurent le même mur mais obtiennent des longueurs différentes. L'un utilise un mètre ruban, l'appliquant aux repères les plus proches — les céphéides (étoiles pulsantes servant de phares) et les supernovae de type Ia (explosions d'étoiles mourantes). Il en déduit que le mur s'étire à une vitesse de 73.5 unités conventionnelles.

L'orchestre cosmologique ne s'accorde pas sur un seul diapason. Il y a deux groupes d'instruments : les uns écoutent le bourdonnement du jeune univers — le fond diffus cosmologique, les autres lisent les notes sur les galaxies matures et les supernovae.

La lumière d'une galaxie lointaine voyage à travers tout l'Univers, contournant d'énormes amas de matière noire et de matière ordinaire. Leur attraction courbe légèrement le trajet des rayons — comme le courant d'une rivière contourne des rochers invisibles.

L'Univers ressemble à une forêt dense : de près, on voit des arbres-galaxies individuels, regroupés en bosquets, mais de loin, tout se fond en une verdure continue. La limite au-delà de laquelle le cosmos devient homogène s'appelle l'échelle angulaire d'homogénéité — c'est la taille d'une portion de ciel à partir de laquelle les galaxies sont réparties uniformément.

L'espace interstellaire n'est pas un désert cosmique, mais une autoroute à très grande vitesse. Des milliards de milliards d'astéroïdes et de comètes venus d'autres systèmes filent près de nous, mais les télescopes-caméras n'en capturent que quelques-uns.

Un télémètre ordinaire envoie une impulsion lumineuse unique et attend son retour, comme une personne qui crie dans le vide et écoute l'écho. Mais si l'on active plusieurs sources qui brillent à l'unisson et que l'on analyse non pas l'intensité, mais le rythme des échos des flashs réfléchis, l'image devient plus nette.

Une pierre tombe dans un puits, et le plouf nous parvient avec un délai. Quelque chose d'analogue se produit avec la lumière lorsqu'elle s'éloigne de la Terre : ses oscillations se raréfient, le rayon semble « fatigué ». C'est le décalage vers le rouge gravitationnel — un phénomène dont Einstein parlait il y a un siècle.

Edwin Hubble et Georges Lemaître ont découvert l'expansion de l'univers il y a près d'un siècle.

À la périphérie du système solaire, bien au-delà de Neptune, des centaines de blocs de glace gravitent. Certains se déplacent comme si une force invisible avait aligné leurs orbites, telles les aiguilles d'une boussole. Il y a dix ans, cela a conduit les astronomes à penser qu'une planète massive, environ dix fois plus lourde que la Terre, se cachait là.

Une pièce sombre, de la poussière flotte dans l'air. Une lampe puissante s'allume – et les particules de poussière s'illuminent, révélant leur position. Les astronomes ont appliqué une technique similaire à notre Galaxie.

Les astronomes repèrent parfois des objets interstellaires – des blocs de roche ou des comètes venus d'autres systèmes stellaires. La plupart semblent banals, mais certains intriguent par leur forme, leur vitesse ou leur éclat.

L'Univers tient le registre de chaque étoile naissante. En 13,8 milliards d'années, tant d'étoiles se sont allumées dans les galaxies que leur « recensement » permet de déduire la nature même du cosmos, comme les cernes d'un arbre révèlent le climat des années passées.

Dans les amas de galaxies, la matière noire invisible sert de charpente qui maintient les systèmes stellaires ensemble. Sa forme est révélée par une lueur diffuse — les étoiles arrachées aux galaxies par les forces de marée.

La lumière provenant de galaxies lointaines traverse des amas de matière, et la gravité de ces amas courbe légèrement son trajet, comme une lentille. En mesurant à quel point les images des galaxies lointaines sont déformées, on peut déduire la distribution de la matière et la manière dont la gravité agit sur la lumière.

La nuit, le ciel n'est jamais absolument noir. Même loin des villes, les couches supérieures de l'atmosphère émettent une faible lueur : la lumière du soleil fait émettre aux atomes d'hydrogène une lueur rougeâtre que les astronomes appellent émission géocoronale.

La communauté cosmologique vit depuis plusieurs années dans un état de guerre civile sourde. Deux camps mesurent la vitesse d'expansion de l'Univers et obtiennent des réponses différentes. Planck, scrutant le rayonnement fossile, dit : 67,4 km/s/Mpc. SH0ES, grimpant l'échelle des distances des céphéides aux supernovae, insiste : 73,2.