13,77 milliards d’années : des astronomes trouvent un compromis pour l’âge de l’Univers

Grâce aux progrès de pointe de la physique, l’âge réel de l’Univers est devenu un sujet très discuté ces dernières années. Jusqu’à récemment, les scientifiques s’accordaient à dire que le cosmos s’était développé il y a entre 12 et 14 milliards d’années après le Big Bang.

Image d’entête : Une partie d’une nouvelle image de la plus ancienne lumière de l’univers (Fond diffus cosmologique) prise par le télescope cosmologique d’Atacama. Cette partie couvre une section du ciel 50 fois plus large que la lune, représentant une région de l’espace de 20 milliards d’années-lumière. La lumière, émise seulement 380 000 ans après le Big Bang, varie en polarisation (représentée ici par des couleurs plus rouges ou plus bleues). Les astrophysiciens ont utilisé l’espacement entre ces variations pour réaliser une nouvelle estimation de l’âge de l’univers. (ACT Collaboration)

En juillet de l’année dernière, une étude suggérait que l’Univers est beaucoup plus jeune, à environ 12,6 milliards d’années, tandis qu’une autre le plaçait à 13,35 milliards d’années.

L’âge de l’univers est donc un dilemme cosmique auquel on peut répondre de différentes manières, selon la façon dont on mesure l’accélération de l’expansion de l’univers.

Une étude publiée récemment a mesuré le taux de cette expansion, appelée constante de Hubble, en utilisant le télescope de la Fondation nationale des sciences au Chili, le télescope cosmologique d’Atacama.

Le télescope cosmologique d’Atacama construit sur le Cerro Toco dans le désert d’Atacama au Nord du Chili. (Wikimédia)

L’équipe a trouvé que la constante de Hubble était de 67 km par seconde par mégaparsec, ce qui signifie que pour chaque mégaparsec, ou 3,26 millions d’années-lumière, la vitesse d’expansion de l’univers augmente de 67 km par seconde. Le nombre trouvé par l’équipe internationale d’astronomes et de physiciens, après 730 jours d’observation entre 2013 et 2016, est presque le même que celui rapporté par le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne en 2013.

Selon Simone Aiola, chercheur au Centre d’astrophysique numérique de l’Institut Flatiron et co-auteur de l’article, dans un communiqué de presse

Nous avons maintenant trouvé une réponse qui concorde avec celle de Planck et du télescope cosmologique Atacama. « Cela montre que ces mesures complexes sont fiables.

Il y a une raison assez importante pour laquelle il valait la peine de recalculer la constante : il existe plusieurs façons de mesurer le taux d’expansion de l’univers, à partir desquelles on peut déduire l’âge de l’univers. Vous pouvez mesurer le taux en vous basant sur des objets stellaires proches de nous, comme les étoiles Céphéides. Vous pouvez également mesurer l’expansion en observant la lumière polarisée du fond diffus cosmologique de l’univers, le rayonnement détectable le plus lointain du Big Bang, ce que l’équipe d’Atacama a fait ici (Image d’entête et ci-dessous).

La carte ci-dessous présente la plus ancienne lumière dans notre univers, comme elle a été détectée avec la plus grande précision par la mission Planck. La lumière antique, appelée le fond diffus cosmologique, a été imprimée sur le ciel quand l’univers avait 370 000 ans. Elle montre les minuscules fluctuations de température qui correspondent aux régions aux densités légèrement différentes, représentant les graines de toute la future structure : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui. (ESA/ Planck)

Cette lumière floue présente des variations de polarisation, ce qui permet aux scientifiques de mesurer la distance parcourue par la lumière et le temps que cela a pris. C’est pourquoi il est important de comprendre le taux d’expansion de l’univers : Elle modifie la distance parcourue par la lumière, et donc l’âge de toute chose.

Mais il y a un problème, ces deux méthodes de calcul de la constante de Hubble ont donné des taux assez différents : une étude de 2019 a donné près de 74 km par seconde par mégaparsec, tandis qu’une autre la même année a trouvé un chiffre qui divise la différence entre les deux autres. Bien que les différences puissent sembler minimes, les différentes estimations signifient une fourchette de centaines de millions d’années pour déterminer l’âge de notre univers. Plus la constante est élevée, plus l’univers est jeune.

Les conclusions de l’équipe d’Atacama situent l’âge de l’univers à environ 13,77 milliards d’années. Notre système solaire, par comparaison, a environ 4,57 milliards d’années, et l’Homo sapiens est apparu il y a environ 300 000 ans.

Les différences de résultats jusqu’à présent ne signifient pas que l’une ou l’autre partie se trompe nécessairement, bien que l’équipe à l’origine du nouveau document travaille avec des images de meilleure résolution du fond diffus cosmologique. Ce que tout cela signifie, c’est que nous passons à côté de quelque chose quand il s’agit de savoir comment fonctionne l’expansion de l’univers.

Selon Michael Niemack, un astrophysicien de l’Université Cornell et coauteur du récent document de recherche :

La disparité entre les mesures locales et distantes de la constante de Hubble pourrait signifier qu’il y a un problème avec l’un des types de mesures que nous n’interprétons pas correctement, et donc qu’il y a une sorte de problème systématique avec l’une ou l’autre mesure. La possibilité la plus passionnante est qu’il manque quelque chose à notre modèle cosmologique.

Le meilleur est peut-être encore à venir pour le télescope Atacama, qui a fait sa première démonstration en 2007 et il présente l’avantage d’être au sol, ce qui le rend plus facile à gérer qu’un télescope spatial.

Les chercheurs doivent encore extraire toutes les informations des données déjà recueillies avec le télescope cosmologique d’Atacama et il ont bonne espoir qu’ils apprendrons encore plus de choses passionnantes sur la physique de notre univers avec les prochaines expériences de l’Atacama, comme le CCAT-prime (Cerro Chajnantor Atacama Telescope)  et l’Observatoire Simons,  deux observatoires de haute altitude qui seront bientôt construits dans le désert. Le télescope du CCAT-prime a été rebaptisé en septembre dernier « Fred Young Submillimeter Telescope », et il permettra d’observer une multitude de caractéristiques cosmologiques, tandis que l’Observatoire Simons concentrera ses capacités d’observation sur le fond de micro-ondes cosmiques.

Peut-être qu’une partie qui évalue l’âge de l’univers néglige quelque chose dans ses calculs. Avec les nombreuses inconnues connues de la science spatiale, et les choses qui sont totalement inconnues, c’est possible. Mais selon Niemack, il pourrait tout aussi bien y avoir quelque chose d’autre dans ce mélange qui expliquerait les différents résultats, en ajoutant :

Cela pourrait être un indice que nous sommes sur le point de découvrir quelque chose de nouveau et captivant que nous n’avons jamais connu auparavant sur le fonctionnement de notre univers.

L’étude publiée dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics : The Atacama Cosmology Telescope: a measurement of the Cosmic Microwave Background power spectra at 98 and 150 GHz et présentée sur le site de l’Université Cornell : Astronomers agree: Universe is nearly 14 billion years old.