Une équipe de recherche emmenée par l'EPFL et le Max Planck Institute a procédé à une nouvelle mesure de la Constante de Hubble, qui indique la vitesse de l'expansion de l'univers. Les résultats remettent en cause certaines des mesures les plus récentes et pointent potentiellement vers une nouvelle physique.

Ce modèle fixe la vitesse d'expansion actuelle à environ 72 km par seconde par mégaparsec (un mégaparsec représente environ 3,3 millions d'années-lumière). Cette vitesse appelée «Constante de Hubble» a été constamment affinée pendant près d'un siècle et sa mesure a des implications profondes, autant en cosmologie qu'en physique, a indiqué jeudi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

La collaboration HOLiCOW vient de recourir à de nouveaux outils pour la calculer de manière indépendante. Le nouveau chiffre correspond à celui d'études récentes, qui cependant sont en contradiction avec les prédictions du Modèle Cosmologique Standard. Ce travail est publié en cinq articles dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L'expansion de l'univers se fonde sur l'idée que l'univers est né avec le Big Bang. Les observations du télescope spatial Hubble notamment ont conduit à une constante qui quantifie cette expansion, d'où son nom de Constante de Hubble. Au fil des ans, les mesures ont été affinées de diverses manières au moyen de télescopes de plus en plus performants et d'instruments plus sensibles.

Les quasars: une nouvelle mesure

La collaboration HOLiCOW a exploité un phénomène cosmique appelé «lentilles gravitationnelles», dans lequel la masse énorme des galaxies courbe l'espace-temps. Les galaxies agissent alors comme des lentilles qui peuvent agrandir et déformer l'image normalement diffuse d'objets situés plus loin.

Elles peuvent aussi produire plusieurs images des objets originaux «lentillés» et les faire apparaître multiples. Pour mesurer la Constante de Hubble, les scientifiques ont étudié la lumière en provenance de cinq quasars vus de manière démultipliée en raison de l'effet de lentille gravitationnelle produit par des galaxies situées à l'avant-plan.

Les quasars sont des trous noirs supermassifs au centre de galaxies, qui émettent de gigantesques quantités d'énergie électro-magnétique. La magnitude des quasars présente des variations aléatoires au fil des ans, dont il résulte une oscillation apparente de leur intensité.

Cette oscillation est vue de manière décalée dans chaque lentille gravitationnelle, parce que la lumière emprunte des chemins différents dans chaque image. Mais la distance que parcourt la lumière du quasar dans chaque image dépend de l'expansion de l'univers, fixée par la Constante de Hubble.

Téléscope suisse

Par conséquent, le fait de mesurer le décalage temporel entre les lentilles gravitationnelles offre un moyen de déterminer la Constante de Hubble. Les participants à HOLiCOW sont des leaders mondiaux dans ce type de mesures, tout particulièrement à travers leur programme COSMOGRAIL, qui utilise principalement le télescope suisse de 1,2 m. situé dans les Andes chiliennes, sur le site de l'Observatoire européen austral (ESO).

Avec cette technique, la Constante de Hubble est mesurée avec une précision de 3,8% dans le cadre du Modèle Cosmologique Standard. Ces découvertes correspondent aux mesures les plus récentes, mais elles se distinguent aussi de manière significative des mesures fortement médiatisées du Fonds diffus cosmologique faites avec le satellite Planck en 2015.

«La divergence entre les mesures locales et celles du fonds diffus sort renforcée des nouvelles observations faites par lentillage fort», conclut Frédéric Courbin, du Laboratoire d'astrophysique de l'EPFL, qui participe à H0LiCOW.

«Cette divergence pourrait s'expliquer par une nouvelle physique, au-delà du Modèle Cosmologique Standard, qui s'appuierait en particulier sur de nouvelles formes d'énergie sombre», estime le spécialiste, cité dans le communiqué.

ats