La dernière fois, j'ai écrit sur de nouvelles données qui bouleversent le modèle cosmologique standard. Avant que quiconque commence à dépoussiérer ses modèles cosmologiques marginaux, nous devons noter ce que cette nouvelle étude ne renverse pas. Il ne dit pas que le modèle du Big Bang est faux, ni que l'univers ne s'étend pas ou que la relation redshift-distance de Hubble doit être rejetée.
Cela indique simplement que notre modèle constant de Hubble est faux. Mais nous le savions déjà grâce à une petite chose connue sous le nom de tension de Hubble. Ces nouveaux résultats pourraient également résoudre ce mystère.
Avant de plonger dans la tension de Hubble, parlons de la constante de Hubble et de la métrique de Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker (FLRW). En 1929, grâce aux travaux d'Henrietta Leavitt et d'autres, Edwin Hubble parvient à montrer qu'au-delà du groupe local, plus une galaxie est éloignée, plus son redshift est important.
Il a découvert que la relation entre la distance et le redshift était linéaire, ce qui l'a amené à proposer une constante cosmologique, désormais connue sous le nom de constante de Hubble.
En 1917, Einstein ajouta une constante cosmologique à la relativité générale pour équilibrer la gravité des galaxies. Comme la plupart des astronomes de l’époque, Einstein supposait que l’univers était dans un état stable. Sans cette constante, un état stable n’était pas possible.
Avec la découverte de Hubble, Einstein a abandonné l'idée, mais Alexander Friedmann et Georges Lemaître ont découvert indépendamment que les solutions aux équations d'Einstein avec une constante cosmologique pourraient décrire un univers en expansion commençant par un Big Bang.
En 1935, Howard Robertson et Arthur Walker ont prouvé que la métrique FLRW est la seule solution au GR qui décrit un univers en expansion uniforme. Il s'agit de la métrique utilisée dans le modèle standard. Puisque la métrique FLRW utilise Λ comme symbole de la constante cosmologique, il s'agit du modèle ΛCDM.
La constante de Hubble H0 et la constante cosmologique Λ sont liées, mais elles ne sont pas exactement les mêmes. Le taux d’expansion cosmique dépend de plusieurs facteurs : la constante cosmologique (énergie noire), la quantité de matière noire et de matière ordinaire dans le cosmos, ainsi que la répartition de cette matière.
En termes simples, la matière essaie de tout rassembler, tandis que l'énergie noire essaie de tout séparer, et l'équilibre entre les deux donne le taux d'expansion cosmique, ou constante de Hubble.
Naturellement, puisque l’univers primitif était plus dense que l’univers actuel, on pourrait s’attendre à ce que le taux d’expansion cosmique augmente un peu avec le temps. C’est pourquoi la découverte d’une expansion cosmique accélérée a été si importante. Cela a prouvé l’existence de l’énergie noire et de la constante cosmologique. C’est aussi pourquoi la constante de Hubble est souvent appelée paramètre de Hubble de nos jours.
Pendant des décennies, des preuves observationnelles ont soutenu le modèle ΛCDM. Mais au cours de la dernière décennie, nos mesures du paramètre Hubble sont devenues problématiques.
Il existe plusieurs façons de trouver le paramètre Hubble, mais les trois grandes sont les supernovae lointaines, le fond diffus cosmologique (CMB) et un modèle de regroupement de galaxies connu sous le nom d'oscillation acoustique baryonique (BAO).
Les observations de supernovae nous donnent un taux d'expansion d'environ H0 = 71–75 (km/s)/Mpc, alors que l'échelle des fluctuations du CMB donne une valeur de H0 = 67-68 (km/s)/Mpc. La mesure BAO donne un résultat de H0 = 66-69 (km/s)/Mpc. C'est ce que nous appelons la tension de Hubble. Ces résultats devraient être concordants, mais ce n’est absolument pas le cas.
Vous pourriez penser que cela signifie que les mesures de la supernova sont erronées, mais les choses ne sont pas si claires. Ces trois méthodes reposent sur des hypothèses concernant les modèles et les hiérarchies de preuves.
Au début, les astronomes pensaient que de meilleures données permettraient de rapprocher les valeurs, mais les choses n’ont fait qu’empirer. Même d'autres méthodes utilisant des éléments tels que les lentilles gravitationnelles ou les masers astronomiques se contredisent. C'est pourquoi cette nouvelle étude est si intéressante.
Le travail ne fait pas une étude complète de la façon dont leurs résultats modifieraient diverses mesures de Hubble, mais il examine les trois grands. Lorsque l’âge des galaxies hôtes est pris en compte, la mesure de la supernova se rapproche beaucoup plus des deux autres.
L’équipe a même effectué un premier test de leurs résultats en utilisant des galaxies hôtes à peu près du même âge, quel que soit leur redshift, et les résultats sont légèrement meilleurs. La prise en compte de l'âge galactique dans les données sur les supernovas semble résoudre une grande partie de la tension de Hubble.
Les auteurs soulignent que leurs résultats sont encore quelque peu provisoires. Il n’existe qu’environ 300 galaxies lointaines qui possèdent à la fois une supernova observée et un spectre à partir duquel vous pouvez déterminer l’âge de la galaxie hôte. Il s’agit d’un petit échantillon, donc même si les résultats sont convaincants, ils ne sont pas concluants.
La bonne nouvelle est que lorsque l'observatoire Rubin sera mis en ligne plus tard cette année, nous serons en mesure de déterminer l'âge de milliers de galaxies lointaines. D'ici quelques années, nous saurons si ce nouveau modèle tient la route. Si tel est le cas, nous devrons alors abandonner la constante cosmologique comme source unique d’énergie noire.
