incertitude sur l'expansion cosmique

Une vieille boule d'étoiles, qui a rassemblé des centaines de milliers de soleils, tourne depuis des milliards d'années à la périphérie d'une galaxie naine. D'après les calculs, elle aurait dû depuis longtemps s'effondrer vers le centre, comme une pierre lourde dans de la gelée. Mais la boule tient bon, et ce fait empêche les astrophysiciens de dormir depuis plusieurs décennies.

Au cœur d'une vieille ville se dresse une tour avec une horloge que l'on n'a jamais remise à l'heure depuis sa construction. En mesurant son retard, on peut calculer à quel point le temps s'est étiré depuis.

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.

La lumière issue des tout débuts de l'univers voyage vers nous depuis 13,8 milliards d'années. Pendant ce temps, sa polarisation — la direction de ses oscillations — a pu subir une rotation, comme l'aiguille d'une boussole qu'on aurait discrètement tournée. Ce phénomène est appelé par les physiciens biréfringence cosmique.

Trois minutes après le Big Bang, l'Univers jouait sa première symphonie. C'était la nucléosynthèse du Big Bang — la formation des noyaux légers, où chaque élément sonnait sa note, et le tempo était donné par l'expansion de l'espace.

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.

En cosmologie, un drame se prépare : deux instruments principaux — l'orchestre de l'Univers primordial et l'ensemble de chambre du cosmos moderne — interprètent la même symphonie d'expansion à des tempos différents.

Imaginez un orchestre cosmique jouant une symphonie du Big Bang à nos jours. Le chef — l'énergie sombre — a longtemps semblé être un métronome impassible : la constante cosmologique Λ est immobile, comme une baguette suspendue en l'air.

L'Univers est un orchestre qui joue la symphonie du Big Bang. Longtemps, on a cru que le chef d'orchestre était l'énergie noire – un métronome immuable qui donne le tempo à l'expansion.

Au centre de la galaxie M87, à 55 millions d'années-lumière de nous, se cache un trou noir d'une masse équivalente à 6,5 milliards de Soleils. En 2019, le télescope Event Horizon Telescope (EHT) en a montré pour la première fois le portrait : un beignet orange avec un cœur sombre.

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.

Un interprète n'entend pas seulement les mots, mais aussi l'intonation, les pauses, le tremblement de la voix. L'analyse entropique ordinaire des perturbations cosmiques ressemble à un procès-verbal de réunion : elle consigne les faits, mais perd les nuances. La pseudo-entropie entropie est un nouvel outil qui capte la « musique » cachée de l'Univers primordial.

Deux règles à mesurer donnent des longueurs légèrement différentes pour la même table. C'est à peu près la situation en cosmologie avec la constante de Hubble — le nombre qui indique à quelle vitesse l'Univers s'étend.

La cosmologie est une musique des sphères, et la constante de Hubble nous a longtemps semblé un métronome fiable.

La cosmologie traverse une faille tectonique. Les supernovae calibrées par les céphéides, mesurées par l'équipe de Adam Riess, indiquent une vitesse d'environ 73 km/s par mégaparsec.

Imaginez un immense ballon gonflable sur lequel sont dessinées des galaxies : on le gonfle, le dessin s'étire, les points voisins s'éloignent les uns des autres. La vitesse de cet étirement, c'est la constante de Hubble. D'habitude, les astronomes capturent la lumière d'étoiles lointaines et observent à quel point elle a rougi à cause de l'étirement de l'espace.

Dans une cuisine, on a une balance pour la farine et un verre doseur pour l'eau. Séparément, ils sont précis, mais pour faire du pain, la recette exige un rapport parfait. Un débat similaire agite les astronomes à propos de la vitesse d'expansion de l'univers.

Deux horloges affichent des heures différentes. L'une est sur notre table, l'autre est loin dans le passé, dans la lueur laissée par le Big Bang. La première, en observant les galaxies proches, mesure la vitesse d'expansion de l'Univers – environ 73 kilomètres par seconde par mégaparsec.

Les neutrinos sont les particules massives les plus répandues dans l'Univers. Ils nous traversent par milliards chaque seconde, mais ne laissent presque aucune trace. Leur attraction collective, bien que minuscule, peut influencer le mouvement de galaxies entières.

Des cosmologistes ont mesuré la vitesse à laquelle les galaxies lointaines s'éloignent dans différentes parties du ciel. Pour cela, ils ont utilisé deux types de « règles cosmiques » : les amas de galaxies et les explosions de supernovae d'un certain type.

L'Univers est en expansion, mais à quelle vitesse ? Depuis des décennies, les astronomes débattent de la valeur exacte de la constante de Hubble. Deux méthodes classiques donnent des résultats légèrement différents. Voici qu'une troisième approche émerge, fondée sur de mystérieux sursauts radio.

Si l'espace est une toile, ses coups de pinceau ne peuvent pas être infiniment fins. Il existe une plus petite distance en dessous de laquelle il n'y a pas de sens à mesurer. Cette « granularité » quantique change la géométrie elle-même : le mouvement des galaxies et la croissance des grandes structures reflètent son influence.

Deux astronomes regardent le même Univers, mais ils le voient différemment. L'un mesure la vitesse d'expansion à partir de la lumière ancienne qui a voyagé vers nous pendant près de 14 milliards d'années. L'autre, à partir d'explosions d'étoiles récentes dans les galaxies voisines.

L'Univers ressemble à un océan où des vagues de différentes longueurs déferlent sur le rivage. Les vagues les plus longues sont les inhomogénéités géantes dans la distribution de la matière, que l'on voit dans le rayonnement fossile. La théorie standard dit que de telles vagues devraient exister à toutes les échelles.

Dans le modèle cosmologique standard ΛCDM, les galaxies s'éloignent sous la poussée de l'énergie noire, un ressort invisible. Cependant, différentes méthodes de mesure de la vitesse de l'expansion donnent des nombres différents, comme si la règle avait une échelle déréglée.

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 limite visible de l'Univers est un écran holographique qui, comme un trou noir, obéit aux lois découvertes par Bekenstein et Hawking. Normalement, l'information y est conservée, mais les calculs montrent que si quelques bits se perdent, de l'énergie est libérée, accélérant l'expansion.

La lumière des galaxies lointaines, en traversant les amas de matière, se déforme — tout comme le fond d'une piscine se brise sous la ondulation de l'eau. Les astronomes mesurent ces infimes courbures de forme et obtiennent une carte de la « ondulation » gravitationnelle.

L'univers est un gâteau préparé selon une seule recette, mais la cuillère à café et la balance de cuisine affichent obstinément des quantités de sucre différentes.

Deux méthodes de mesure de la vitesse d'expansion de l'Univers donnent une image contradictoire. Les mesures effectuées à partir des explosions de supernovae par l'équipe de Adam Riess indiquent une expansion plus rapide que les données du rayonnement fossile – la lumière émise après le Big Bang.

Quand Edwin Hubble a découvert l'expansion de l'univers et que Vera Rubin a mis en évidence la matière noire, l'édifice de la cosmologie semblait solide.

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.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'espace s'est étendu à une vitesse prodigieuse. Une infime ondulation quantique, inscrite dans le principe d'incertitude lui-même, repoussait la matière plus fort que toute force connue. Cette ondulation, c'est le principe d'incertitude généralisé, ou GUP.