L’Univers pourrait être bien moins homogène et isotrope que prévu

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Le modèle cosmologique standard propose qu’à l’issue du Big Bang, l’Univers est entré dans une violente phase d’inflation, s’agrandissant démesurément en une fraction de seconde. Ce mécanisme est utilisé aujourd’hui pour expliquer le principe cosmologique. Ce dernier postule que, sur les grandes échelles, l’Univers est homogène et isotrope. Cependant, en étudiant la cartographie de plus d’un million de quasars, une équipe d’astrophysiciens a découvert un déséquilibre notable dans la distribution de ceux-ci. 

Une étude de plus d’un million de galaxies à travers le cosmos a montré que la distribution de la matière peut ne pas être la même dans toutes les directions, ce qui pourrait remettre en cause l’un des principes les plus fondamentaux régissant l’Univers : le principe cosmologique. Le principe cosmologique postule que, à des échelles suffisamment grandes, la distribution de la matière doit être homogène et isotrope. Cette hypothèse est utilisée dans de nombreux cadres cosmologiques, notamment dans le modèle standard de cosmologie, appelé lambda-CDM.

Nathan Secrest de l’US Naval Observatory et ses collègues ont entrepris de tester le principe en utilisant plus de 1.3 million de quasars, qui sont des trous noirs supermassifs entourés de matière brillante se trouvant au centre de certaines galaxies. Ils s’attendaient à voir un léger déséquilibre, ou un manque de symétrie, en raison du mouvement de notre système solaire et de notre galaxie dans l’espace.

Une distribution bien moins homogène que prévu

« Dans notre direction de mouvement, nous devrions voir plus d’objets, et dans la direction opposée, nous devrions voir moins d’objets », indique Secrest. Cet effet Doppler cosmique a été mesuré dans le passé en utilisant le fond diffus cosmologique, une relique de rayonnement électromagnétique laissé par le Big Bang. Mais le déséquilibre dans la distribution des quasars était plus de deux fois plus important que prévu.

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Vue d’artiste d’un quasar. Les chercheurs ont utilisé ces objets pour étudier la distribution de matière sur les grandes échelles. © ESO/M. Kornmesser

Le désaccord entre la distribution des quasars et le fond diffus cosmologique peut indiquer une erreur fondamentale dans le modèle cosmologique standard. S’il persiste, cela pourrait changer ce que nous pensons savoir sur le Big Bang et les moments qui l’ont suivi, ce qui a affecté la forme et l’expansion de l’Univers.

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« Selon le modèle lambda-CDM, l’Univers est vraiment grumeleux au niveau local, les galaxies et les amas de galaxies, puis il devient plus lisse à mesure que l’on dé-zoom. En supposant que cette analyse soit correcte, elle ne se déroule pas aussi rapidement que prévu ; tout cela signifie que le modèle le plus simple de lambda-CDM n’est pas correct », explique Michael Turner de l’Université de Chicago.

Étudier plus en détail la distribution de la matière à grandes échelles

Plusieurs mécanismes physiques pourraient expliquer l’écart. L’explication la plus élémentaire est que nous nous déplaçons beaucoup plus rapidement dans l’Univers que nous ne le pensions. Mais il existe également des possibilités plus complexes, telles que des courbures inattendues dans l’espace-temps ou des propriétés étranges de l’énergie noire.

« Le modèle lambda-CDM ne raconte pas toute l’histoire et nous nous rapprochons du point où nous pouvons aller au-delà de quelque chose de plus profond. Nous commençons à voir la structure intrinsèque de l’univers mieux que jamais », déclare Secrest. Pour comprendre ce qu’est cette distribution et en quoi elle diffère de notre compréhension actuelle, il faudra beaucoup plus d’observations de la distribution à grande échelle de la matière, en utilisant non seulement des quasars mais aussi de nombreux autres types d’objets cosmologiques.

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Sources : The Astrophysical Journal Letters

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