Grâce aux observations du télescope Mayall, une collaboration internationale de 900 chercheurs a découvert que la dynamique de l’univers ne serait pas celle prévue. Ce résultat, en attente de confirmation, suscite l’enthousiasme dans le monde de la cosmologie.

La cosmologie pourrait être à l’aube d’une découverte majeure, qui obligerait à une profonde révision de l’histoire de l’univers depuis le Big Bang. Le moteur qui guide l’expansion de l’univers semblerait avoir des anomalies et ne serait pas du tout comme les physiciens l’avaient imaginé. En effet, contre toute attente, l’univers connaîtrait un ralentissement dans l’accélération de son expansion.

Depuis la fin des années 20, les astronomes savent que les galaxies s’éloignent de la nôtre.Tel un ballon qui se gonfle, l’univers a continué à s’étendre depuis sa dimension microscopique, il y a environ 14 milliards d’années, jusqu’à l’immensité actuelle.

Depuis 1998, les scientifiques ont établi que cette expansion s’accélère, alors qu’auparavant on pensait que, en raison de l’attraction mutuelle entre les galaxies, le « ballon » aurait dû ralentir son expansion. Cette découverte a mené à l’attribution du prix Nobel en 2011 aux astronomes qui ont observé les supernovae, étoiles en explosion, qui ont été utilisées comme références cosmiques pour mesurer les vitesses d’expansion.De plus, elle a confirmé l’existence d’un mystérieux moteur, dénommé « énergie noire », qui s’oppose à l’effondrement de la matière sous son propre poids. Sa nature reste inconnue, malgré l’estimation qu’elle représente plus des deux tiers du contenu total de l’univers.

### « Le sujet le plus brûlant du moment »

Lors d’une conférence de la Société Américaine de physique en Californie, une collaboration internationale de 900 chercheurs, dénommée « DESI » et guidée par le Lawrence Berkeley National laboratory (Californie), a contribué à faire la lumière – mais aussi à compliquer – ce mystère. Grâce au télescope Mayall, l’équipe a analysé la position de 15 millions de galaxies dans le ciel. Les plus lointaines se trouvaient à 11 milliards d’années-lumière. L’instrument capture 5 000 images de galaxies à la fois, toutes les vingt minutes, pour réaliser une carte tridimensionnelle du cosmos et déduire sa croissance.

Malgré les apparences, à une distance déterminée, les galaxies ne se disposent pas de manière aléatoire. Leur position est en réalité liée aux concentrations originelles de matière, remontant à environ 380 000 ans après le Big Bang. Cette empreinte primordiale influence la distribution des galaxies, formant une distance caractéristique qui sert d’unité de mesure.

« Nous étudions, en un certain sens, la dimension d’un segment dessiné sur un ballon qui se gonfle », explique Christophe Yeche, chercheur au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). « L’évolution de cette dimension dans le temps nous fournit des informations sur le taux d’expansion du ballon cosmique. »
Christophe Yeche, chercheur au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Le problème naît lorsque ces mesures sont confrontées à celles d’autres expériences, en particulier celles basées sur les supernovae. Ces dernières représentent un autre outil de référence spatio-temporelle qui permet d’évaluer vitesses et accélérations de l’univers en expansion. La comparaison révèle une divergence avec la théorie, avec une probabilité inférieure à 0,3 % qu’il s’agisse d’un hasard. Même si ce pourcentage peut sembler bas, pour parler d’une découverte scientifique il faudrait que cette probabilité soit presque 10 000 fois inférieure.

L’enthousiasme, toutefois, est palpable.

« Nous restons prudents, mais cela semble prometteur », affirme Christophe Yeche.
Christophe Yeche

« C’est clairement le sujet le plus brûlant du moment en cosmologie », ajoute Théo Simon, cosmologue du CNRS à l’Université de Montpellier, qui ne fait pas partie de la collaboration.
théo Simon, cosmologue du CNRS à l’Université de Montpellier

L’excitation naît aussi du fait que les premiers résultats, obtenus il y a un an avec moins de données, indiquaient déjà cette tendance. De plus, pour cette nouvelle analyze ont été utilisés différents indicateurs de nature physique différente, comme de nouvelles supernovae, les galaxies et même la première image de l’univers, le fond cosmique à micro-ondes. Un autre élément de confiance est la ré-analyse des données du prédécesseur de DESI, SDSS, publiée le 6 mars et co-signée par Théo Simon, qui confirme un fort indice de ralentissement de l’accélération, aussi solide que celui de DESI.

### « Une physique inconnue »

Si cette découverte était confirmée, elle ajouterait un nouveau chapitre à l’histoire déjà complexe de l’énergie noire. En 1917,Albert Einstein montra que ses équations de la relativité générale prévoyaient un univers en expansion,ce qui le bouleversa : il ajouta donc un terme constant à son modèle pour obtenir un univers statique. Dix ans après, Georges Lemaître et Edwin Hubble démontrèrent que l’univers est effectivement en expansion. la « constante cosmologique » introduite par Einstein fut abandonnée, pour ensuite réapparaître en 1998 après les observations des supernovae qui documentaient une accélération de l’expansion. Aujourd’hui, avec les données de DESI, il semble que la constante cosmologique ne soit plus constante, mais variable dans le temps.

« Si nos résultats sont confirmés, ils montrent que l’accélération était légèrement plus forte il y a 7 milliards d’années et qu’elle diminue depuis environ 2,5 milliards d’années », résume Arnaud de Mattia, chercheur du CEA.
Arnaud de Mattia, chercheur du CEA

« C’est une excellente nouvelle pour les théoriciens. L’énergie noire ne se réduit plus à une constante : elle recèle une dynamique, donc une physique encore inconnue », affirme Philippe Brax, chercheur du CEA à l’Institut de physique théorique, non membre de DESI.
Philippe Brax, chercheur du CEA à l’Institut de physique théorique

En 2024, les premiers indices fournis par DESI ont donné origine à des centaines de prépublications qui proposent des interprétations. Beaucoup d’entre elles appartiennent à la famille des théories de la « quintessence », qui prévoient l’existence de nouvelles particules. Elles sont du même type que celles qui expliquent deux phénomènes fondamentaux : l’origine de la masse des particules, grâce au boson de Higgs, et l’inflation, le processus qui a fait étendre rapidement l’univers juste après le Big Bang. Toutefois, bien qu’elles puissent « expliquer » les résultats, elles n’éclairent pas encore la physique sous-jacente ni les liens avec les autres particules de la nature.

D’autres théories proposent des modifications à la relativité générale ou supposent un lien entre énergie noire et matière noire, l’autre grande inconnue du cosmos…

La priorité est maintenant de confirmer ces résultats intrigants. DESI analysera à nouveau ses propres données avec la méthode utilisée par Théo Simon et augmentera le volume des observations jusqu’à 40 millions de galaxies. Les groupes de recherche sur les supernovae devront fournir de nouvelles mesures. Le télescope spatial Euclid évaluera lui aussi l’accélération de l’Univers en utilisant une méthodologie similaire et d’autres références. D’ici un ou deux ans, la réponse définitive devrait arriver.

« Pour Pauline Zarrouk, cosmologue au Laboratoire de physique nucléaire et hautes énergies (Sorbonne Université) et membre de DESI, pourrait être la fin de la constante cosmologique et le début d’une meilleure compréhension de l’énergie noire. »
Pauline Zarrouk, cosmologue au Laboratoire de physique nucléaire et hautes énergies (Sorbonne Université) et membre de DESI

L’Univers se rétracte-t-il ? Une nouvelle découverte bouleverse la cosmologie

L’expansion de l’univers, un phénomène longtemps considéré comme en accélération constante, pourrait en réalité ralentir.Une découverte majeure potentielle, issue des observations du télescope mayall par la collaboration DESI, remet en question notre compréhension de l’énergie noire et de l’histoire cosmique.

Une accélération qui ralentit ?

Depuis 1998, l’accélération de l’expansion de l’univers est un fait établi, attribué à l’énergie noire. Cependant, les données de DESI, basées sur l’analyze de 15 millions de galaxies, suggèrent un ralentissement de cette accélération au cours des 2,5 derniers milliards d’années. Ce résultat, bien que nécessitant confirmation, contredit les observations basées sur les supernovae et soulève des questions fondamentales sur la nature de l’énergie noire.

L’énergie noire : une constante variable ?

La découverte remet en question le concept d’énergie noire comme constante cosmologique, introduite par Einstein puis abandonnée, avant de réapparaître pour expliquer l’accélération de l’expansion. Les nouvelles données indiquent que cette “constante” pourrait être variable dans le temps, ouvrant la voie à de nouvelles théories physiques.

Quelles sont les implications ?

Une confirmation de ces résultats impliquerait une révision profonde de nos modèles cosmologiques, nécessitant l’exploration de nouvelles physiques, potentiellement liées à des particules inconnues ou à des modifications de la relativité générale. Des théories comme la “quintessence” sont déjà explorées.

Tableau récapitulatif des points clés :

| Concept | Description | Implications |

|——————————|——————————————————————————-|———————————————————————————|

| Expansion de l’univers | Les galaxies s’éloignent les unes des autres. | Observé depuis les années 1920. |

| Accélération de l’expansion | Observée depuis 1998, attribuée à l’énergie noire. | Expliqué par la constante cosmologique (actuellement remise en question). |

| Ralentissement de l’accélération | Résultats préliminaires de DESI suggérant un ralentissement depuis 2,5 milliards d’années. | Nécessite confirmation, remet en question la nature de l’énergie noire. |

| Énergie noire | Composante mystérieuse de l’univers, responsable de l’accélération (potentiellement variable). | Sa nature reste inconnue, des recherches sur la quintessence sont en cours. |

FAQ

Q : Est-ce que cette découverte est confirmée ?

R : Non, il s’agit de résultats préliminaires nécessitant une confirmation par des analyses indépendantes et plus approfondies.

Q : Quand aurons-nous une confirmation ?

R : D’ici un à deux ans, de nouvelles données de DESI, d’Euclid et d’autres expériences devraient apporter une réponse définitive.

Q : Quelles sont les implications pour notre compréhension de l’univers ?

R : Une confirmation pourrait révolutionner la cosmologie en exigeant une profonde révision de nos modèles de l’énergie noire et de l’histoire de l’univers depuis le Big Bang.

Q : Que représente l’énergie noire ?

R : C’est une composante mystérieuse de l’univers dont la nature reste inconnue, mais qui semble être responsable de l’accélération (ou du ralentissement de l’accélération) de l’expansion cosmique.