Levant les yeux vers le ciel nocturne, il peut sembler que notre quartier cosmique est plein de planètes, d'étoiles et de galaxies. Mais les scientifiques ont longtemps suggéré qu'il pourrait y avoir beaucoup moins de galaxies dans notre environnement cosmique que prévu.
En fait, il semble que nous vivons dans un vide cosmique géant avec environ 20% inférieur à la densité moyenne de la matière.
Tous les physiciens ne sont pas convaincus que c'est le cas. Mais notre article récent analysant les sons déformés du début de l'univers, publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societysoutient fortement l'idée.
La cosmologie est actuellement dans une crise connue sous le nom de Tension Hubble: l'univers local semble augmenter d'environ 10% plus rapidement que prévu. Le taux prévu provient des observations extrapolantes de l'univers du nourrisson vers l'avant à nos jours en utilisant le modèle standard de cosmologie, connu sous le nom de matière noire-froide lambda (λCDM).
Nous pouvons observer l'univers précoce en détail à travers le fond micro-ondes cosmique (CMB), le rayonnement relique du début de l'univers, alors qu'il était 1 100 fois plus petit qu'aujourd'hui. Les ondes sonores dans l'univers précoce ont finalement créé des zones de densités faibles et élevées ou de températures.
En étudiant les fluctuations de la température CMB à différentes échelles, nous pouvons essentiellement « écouter » le son du début de l'univers, qui est particulièrement « bruyant » à des échelles particulières.
Ces fluctuations sont désormais imprimées dans le CMB et surnommées « oscillations acoustiques Baryon » (BAOS). Depuis ceux-ci sont devenus les graines pour les galaxies et autres structures, les modèles sont également visibles dans la distribution des galaxies.
En mesurant ces modèles, nous pouvons apprendre comment les galaxies sont regroupées à différents décalages vers le rouge (distances). Un modèle particulièrement frappant, avec beaucoup de regroupement, se produit à un angle appelé «échelle Bao angulaire».
Cette mesure aide finalement les astronomes et les cosmologues à découvrir l'histoire de l'expansion de l'univers en fournissant à quelque chose que les physiciens appellent un «souverain standard». Il s'agit essentiellement d'un objet astronomique ou d'une caractéristique sur le ciel avec une taille bien connue.
En mesurant sa taille angulaire sur le ciel, les cosmologues peuvent donc calculer sa distance de la Terre à l'aide de la trigonométrie. On peut également utiliser le décalage vers le rouge pour déterminer à quelle vitesse le cosmos se développe. Plus il apparaît sur le ciel à un certain décalage vers le rouge, plus l'univers est rapide.
Mes collègues et moi avons déjà fait valoir que la tension Hubble pourrait être due à notre emplacement dans un grand vide. En effet, la quantité clairsemée de la matière dans le vide serait attirée par gravitation par la matière plus dense à l'extérieur, s'écoulant en continu du vide.
Dans des recherches antérieures, nous avons montré que ce flux donnerait à l'impression que l'univers local augmente environ 10% plus rapidement que prévu. Cela résoudrait la tension Hubble.
Mais nous voulions plus de preuves. Et nous savons qu'un vide local déformerait légèrement la relation entre l'échelle angulaire Bao et le décalage vers le rouge en raison de la matière mobile plus rapide dans le vide et de son effet gravitationnel sur la lumière de l'extérieur.
Ainsi, dans notre nouvel article, Vasileios Kalaitzidis et moi avons entrepris de tester les prédictions du modèle Void en utilisant des mesures BAO collectées au cours des 20 dernières années. Nous avons comparé nos résultats à des modèles sans vide dans le même historique d'expansion de fond.
Dans le modèle de vide, la règle Bao doit paraître plus grande sur le ciel à un décalage vers le rouge donné. Et cet excès devrait devenir encore plus grand à faible décalage vers le rouge (distance rapprochée), en ligne avec la tension Hubble.
Les observations confirment cette prédiction. Nos résultats suggèrent qu'un univers avec un vide local est environ cent millions de fois plus susceptible d'un cosmos sans un, lors de l'utilisation de mesures BAO et en supposant que l'univers s'est étendu selon le modèle standard de cosmologie informé par le CMB.
Nos recherches montrent que le modèle λCDM sans vide local est dans « 3,8 Sigma Tension » avec les observations BAO. Cela signifie que la probabilité d'un univers sans vide ajusté ces données est équivalente à une tête d'atterrissage équitable 13 fois de suite. En revanche, les chances que les données BAO se rendent comme elles le font dans les modèles de vide équivalent à une tête de l'atterrissage de monnaie équitable deux fois de suite. En bref, ces modèles correspondent assez bien aux données.
À l'avenir, il sera crucial d'obtenir des mesures BAO plus précises à faible décalage vers le rouge, où la règle standard Bao semble plus grande sur le ciel, même plus si nous sommes dans un vide.
Le taux d'expansion moyen jusqu'à présent suit directement de l'âge de l'univers, que nous pouvons estimer de l'âge des vieilles étoiles de la Voie lactée. Un vide local n'affecterait pas l'âge de l'univers, mais certaines propositions l'affectent. Ces sondes et d'autres apporteront plus de lumière sur la crise de Hubble en cosmologie.
