Selon une nouvelle étude, l’expansion de l’Univers ne se ferait pas de manière accélérée

C’est en 2011 que trois astronomes ont reçu le prix Nobel de physique pour leur découverte (datant de 1998), mentionnant le fait que l’Univers serait non seulement en expansion, mais que cette dernière se ferait de manière accélérée.

La découverte a conduit à l’acceptation généralisée de l’idée que notre Univers soit dominé par une force mystérieuse appelée « énergie sombre », et est venue directement modifier le modèle standard de la cosmologie à jamais. Mais aujourd’hui, des physiciens prétendent que cette découverte peut s’avérer être fausse et ils sont en possession d’un plus grand ensemble de données pour appuyer leurs hypothèses.

Pour rappel, le prix Nobel de physique 2011 a été remporté par les cosmologistes Saul Perlmutter de l’Université de Californie (Berkeley), Adam Riess de l’Université Johns Hopkins et par Brian Schmidt, de l’Université nationale australienne.

Durant les années 90, ces trois scientifiques faisaient partie des équipes en mesure d’étudier les supernovas de type 1a (qui sont le résultat de la fin violente d’un type d’étoiles appelées « naines blanches »). Les naines blanches sont issues des formes de matière les plus denses présentes dans l’Univers connu. Seulement les étoiles à neutrons et les trous noirs sont issus de formes encore plus denses. Bien qu’en moyenne, les naines blanches ne soient que légèrement plus grandes que la Terre, elle possèdent une masse équivalente à celle de notre Soleil. Pour vous donner une idée de ce que cela représente, sachez que l’on pourrait placer 1’300’000 Terres à l’intérieur de ce dernier.

Maintenant, imaginez cette étoile incroyablement dense mourir et s’effondrer sous son propre poids. Le niveau de luminosité atteint est alors équivalent à 5 milliards de fois celui du Soleil. En effet, chaque supernova de type 1a explose avec plus ou moins la même luminosité, la quantité de lumière qu’elles dégagent peut alors servir d’indication concernant leur distance de la Terre. Tandis que les légères variations dans leur couleur peuvent être utilises à déterminer leur vitesse de déplacement.

Lorsque Perlmutter, Riess et Schmidt ont analysé l’ensemble des données connues concernant les supernovae de type 1a, enregistrées par le télescope spatial Hubble ainsi que par un certain nombre de grands télescopes au sol, ils ont identifié quelque chose de très étrange. Voici d’ailleurs ce que l’Académie royale suédoise a expliqué le matin de l’annonce du prix Nobel, à Stockholm :

« Dans un univers dominé par la matière, on peut finalement s’attendre à ce que la gravité puisse faire ralentir l’expansion. Imaginez-vous alors l’étonnement lorsque deux groupes de scientifiques ont découvert que l’expansion ne ralentissait pas, mais qu’au contraire, elle accélérait. »

« En comparant la luminosité de lointaines supernovas avec la luminosité des supernovas proches, les scientifiques ont découvert que les plus lointaines étaient d’environ 25% trop faibles. Elles étaient trop loin. L’Univers a été accéléré. Cette découverte est donc fondamentale et représente une étape importante pour la cosmologie. Et bien entendu, un défi supplémentaire pour les générations de scientifiques à venir. »

La découverte a été soutenue par les données recueillies séparément sur des éléments tels que le regroupement des galaxies ou le fond diffus cosmologique (la faible rémanence du Big Bang).

D’ailleurs, plus tôt cette année, les scientifiques de la NASA et de l’ESA ont constaté que l’Univers pourrait subir une expansion environ 8 pour cent plus rapide qu’on ne le pensait à l’origine. Pour différentes raisons donc, la découverte était solide (et promettait même le Prix Nobel), mais elle a posé un challenge très difficile : si la gravité globale de toute la matière expulsée dans l’univers depuis le Big Bang a ralenti de la sorte, comment peut-elle alors être accélérée ?

En mai dernier, Brendan Cole a déclaré :

« Il y a quelque chose qui imprègne l’Univers et qui se propage physiquement dans l’espace, et ce plus vite que la gravité ne permet de rassembler les choses. L’effet est minime (il est seulement visible lorsque vous observez de lointaines galaxies) mais il est bien présent. Cet effet, ou plutôt la cause de cet effet, est connue sous le nom d’énergie sombre, et la raison du choix de ce terme est qu’actuellement, personne ne sait vraiment expliquer ce que c’est réellement. »

Depuis que les scientifiques ont proposé l’existence de l’énergie sombre, personne n’est parvenu à expliquer plus précisément cette observation. Mais aujourd’hui, une équipe internationale de physiciens a remis en question l’accélération de l’expansion de l’Univers. En effet, selon eux, celle-ci n’existe même pas, et pour appuyer leur hypothèse, ils se sont basés sur une bien plus grande base de données qu’auparavant, concernant les supernovae de type 1a.

En appliquant un modèle analytique différent sur les 740 supernovae de type 1a ayant été identifiées à ce jour, l’équipe déclare avoir été en mesure de tenir compte des différences subtiles entre ces dernières comme jamais auparavant.

Les chercheurs disent que les techniques statistiques qui ont été employées à l’origine était trop simplistes, et surtout étaient basées sur un modèle mis au point dans les années 1930. D’ailleurs, la fiabilité de celui-ci ne peut convenir au nouvel ensemble de données de supernovas, qui cette fois est bien plus large.

Ils mentionnent également que le fond diffus cosmologique n’est pas directement affecté par la matière noire, mais que celui-ci sert uniquement comme preuve « indirecte » de l’existence de celle-ci.

« Nous avons analysé le dernier échantillon comptant 740 supernovae de type Ia (qui est plus de 10 fois plus grand que les échantillons de base, sur lesquels est fondée l’annonce de la découverte) et avons constaté que les éléments de preuve concernant l’accélération de l’expansion correspond, au mieux, à ce que les physiciens appellent le critère « 3 sigma » (représente la fiabilité d’un résultat statistique, considéré comme significatif à partir de 5 sigma) », déclare le chercheur principal, Subir Sarkar, de l’Université d’Oxford. « Nous sommes très loin de la norme « 5 sigma » requise pour faire valoir une découverte d’une importance fondamentale », ajoute-t-il.   

Au lieu de trouver des preuves pour soutenir l’hypothèse de l’expansion accélérée de l’Univers, Sarkar et son équipe disent que l’Univers semblre s’expandre à un rythme constant. Si tel est vraiment le cas, cela signifie que nous n’aurions pas besoin de nous appuyer sur l’énergie sombre pour expliquer le phénomène.

« Un cadre théorique plus sophistiqué qui avance l’idée que l’Univers ne serait pas totalement homogène, et que la matière en son sein ne peut pas se comporter comme un gaz parfait. Nous avons là deux hypothèses clés de la cosmologie standard, potentiellement capables d’expliquer toutes les observations faites à ce jour, sans devoir s’appuyer sur l’énergie sombre », déclare-t-il.

Mais soyons clairs, ceci n’est pour le moment qu’une étude et le fait de venir contredire une découverte ayant remporté le prix Nobel est très osé et délicat. La communauté scientifique sera très sceptique quant à cette nouvelle étude, d’autant plus que les prix Nobel ne sont pas pris à la légère. Le processus de selection est long et extrêmement rigoureux.

Mais la réplication des résultats obtenus est quelque chose de fondamental en sciences, et si les chercheurs possèdent un ensemble de données plus large qu’il y a cinq ans, ils devraient alors s’en servir pour valider, ou corriger, les découvertes précédentes.

La question est maintenant de savoir si l’équipe de Sarkar appliquera son nouveau modèle statistique pour les données de manière à respecter au mieux la procédure scientifique. D’ailleurs, le modèle saura probablement aiguiller beaucoup de physiciens afin de déterminer ce qui est juste : un univers en expansion accélerée, ou plutôt en expansion à vitesse constante.

« Naturellement, beaucoup de travail sera nécessaire pour convaincre la communauté des physiciens, mais notre travail sert à démontrer que l’un des piliers du modèle cosmologique standard est plutôt fragile », dit Sarkar. « Espérons que cela va motiver une meilleure analyse des données cosmologiques, ainsi que les théoriciens inspirants pour enquêter sur les modèles cosmologiques plus nuancés », ajoute-t-il.

Sources : Phys.org, Scientific Reports