En 2019, une conférence organisée à l’Institut Kavli de physique théorique,
en Californie, s’est conclue par une déclaration lourde de conséquences :
« Nous n’appellerions pas cela une tension ou un problème, mais plutôt une
crise ».
David Gross, physicien des particules et ancien directeur du KITP, parlait
de la vitesse à laquelle notre univers s’étend. Mais Gross ne s’inquiétait
pas de l’expansion elle-même. Nous savons depuis des décennies que le
cosmos s’écarte de façon exponentielle, car les corps célestes qui
entourent notre planète s’éloignent continuellement de nous et les uns des
autres. Non, Gross s’inquiétait des mathématiques.
Pour déterminer la vitesse exacte à laquelle ce changement cosmique se
produit, les scientifiques doivent calculer une valeur importante appelée
constante de Hubble — or, aujourd’hui encore, personne ne peut s’accorder
sur la réponse.
Ainsi, la communauté des astronomes était imprégnée d’une « crise », mais
c’était un dilemme qui a bercé l’innovation. Depuis cette conférence
tendue, les experts du monde entier ont radicalement modifié leur façon de
considérer leurs équations de la constante de Hubble pour tenter de
rétablir la paix entre les astronomes.
Lundi, l’une de ces équipes a présenté une idée très originale pour régler
le différend, comme le souligne un article publié le 3 août dans la revue
Physical Review Letters.
En gros, les astronomes de l’Université de Chicago pensent que lorsque des
trous noirs tapis dans l’espace lointain se heurtent les uns aux autres —
ce qui arrive parfois — ces monstres gravitationnels provoquent des
ondulations dans le tissu de l’espace et du temps qui pourraient laisser
des traces d’informations cruciales pour décoder la constante de Hubble.
En fin de compte, si les scientifiques parviennent à déterminer la
véritable constante de Hubble, ils pourront également obtenir des réponses
à certaines questions fondamentales sur notre univers, telles que : comment
a-t-il évolué jusqu’au monde étonnant que nous voyons aujourd’hui ? De quoi
est-il physiquement constitué ? À quoi pourrait-il ressembler dans des
milliards d’années, longtemps après que l’humanité aura cessé d’exister et
ne pourra donc plus le surveiller ?
Lire entre les lignes de l’espace-temps
De temps en temps, deux énormes trous noirs entrent en collision. Cela
signifie que deux des objets les plus massifs et incompréhensibles de
l’univers se combinent pour former un objet encore plus massif et
incompréhensible.
Lorsque cela se produit, la fusion provoque des ondulations dans le tissu
de l’espace et du temps (selon l’expression de la relativité générale
d’Albert Einstein), tout comme le fait de jeter une pierre dans un étang
provoque des ondulations dans l’eau.
Au cours des dernières années, LIGO et Virgo ont détecté les ondulations de
près de 100 paires de collisions de trous noirs, et ces relevés pourraient
aider à calculer la vitesse d’expansion de l’univers, selon Daniel Holz,
astrophysicien à l’université de Chicago et co-auteur de la nouvelle étude.
Elles pourraient également nous éclairer sur la constante de Hubble.
« Si l’on prenait un trou noir et qu’on le plaçait plus tôt dans
l’univers », a déclaré Holz dans un communiqué de presse, « le signal
changerait, et il semblerait que le trou noir soit plus grand qu’il ne
l’est réellement. »
Ce que cela signifie, c’est que si une collision de trous noirs s’est
produite très (très) loin dans l’espace, et que le signal a voyagé pendant
un très (très) long moment, les ondulations gravitationnelles émanant de
l’événement auraient été affectées par l’expansion de l’univers depuis
l’incident. Si vous repensez aux ondulations d’un étang, par exemple, le
fait de laisser tomber une pierre dans un étang crée généralement des
ondulations plus serrées au point de contact. Mais si vous continuez à
regarder ces ondulations s’étendre vers l’extérieur, elles s’élargissent et
s’émoussent.
Par conséquent, si nous pouvons d’une manière ou d’une autre mesurer les
changements dans les ondulations de collision des trous noirs, peut-être
pourrons-nous comprendre la vitesse à laquelle certains de ces changements
se produisent. Cela nous aiderait à comprendre la vitesse à laquelle
l’expansion de l’univers a pu les affecter et, finalement, la vitesse à
laquelle l’univers est légitimement en expansion.
« Nous mesurons donc les masses des trous noirs proches et comprenons leurs
caractéristiques, puis nous regardons plus loin et voyons de combien ces
plus lointains semblent s’être déplacés », a déclaré dans le communiqué
Jose María Ezquiaga, chercheur postdoctoral Einstein de la NASA, chercheur
à l’Institut Kavli de physique cosmologique et coauteur de la nouvelle
étude. « Cela donne une mesure de l’expansion de l’univers ».
Tout se passera-t-il comme prévu ?
Il y a (forcement) un petit bémol : cette technique, que les chercheurs
appellent la méthode de la « sirène standard », ne peut pas tout à fait
être mise en œuvre pour le moment. En fait, LIGO et Virgo vont devoir se
mettre au travail pour que nous puissions imaginer un avenir où cette
méthode deviendrait courante.
« Nous avons besoin de milliers de ces signaux, ce que nous devrions avoir
dans quelques années, et encore plus dans une ou deux décennies », a
déclaré Holz. « À ce moment-là, cela pourrait être une méthode
incroyablement puissante pour en savoir plus sur l’univers ».
L’avantage de la méthode standard des sirènes est qu’elle s’appuie sur la
théorie de la relativité générale d’Einstein, des règles éprouvées et
testées qui sont considérées comme incassables par beaucoup, et donc
incroyablement dignes de confiance.
À partir de la gauche, une illustration de la façon dont la Lune peut
déformer l’espace-temps, puis la Terre, le Soleil et un trou noir tout à
droite. Zooey Liao/CNET
D’autres s’appuient néanmoins sur les étoiles et les galaxies, ce qui
implique de nombreuses tâches complexes en astrophysique qui peuvent
introduire une marge d’erreur conséquente.
En 2019, par exemple, une autre équipe d’astronomes s’est penchée sur les
ondulations dans l’espace et le temps résultant de la fusion d’une étoile à
neutrons, qui a été détectée par LIGO et Virgo en 2017. Ils ont essayé de
comprendre à quel point la collision était brillante au moment où elle
s’est produite en effectuant un calcul inverse à partir des ondes
gravitationnelles et en arrivant finalement à une estimation de la
constante de Hubble. La même année, une autre équipe a suggéré que nous
n’avions besoin que d’environ 25 lectures de collisions d’étoiles à
neutrons pour déterminer la constante avec une précision de 3 %.
Article CNET.com adapté par CNETFrance
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