La mesure de l'expansion de l'universla plus précise à ce jour, en utilisant le télescope Hubble, a été publiée par le Prix Nobel de physique en mars 2019. Elle est de 74,03 km/s par mégaparsec de distance, avec une marge d'erreur de seulement 1,91%. - NASA

Expansion de l’univers : l’impossible mesure

Mardi 24 septembre 2019

La mesure de l'expansion de l'universla plus précise à ce jour, en utilisant le télescope Hubble, a été publiée par le Prix Nobel de physique en mars 2019. Elle est de 74,03 km/s par mégaparsec de distance, avec une marge d'erreur de seulement 1,91%. - NASA

Comment a-t-on découvert que l’univers était en expansion ? Comment mesurer cette expansion et quels résultats obtient-on ? Pourquoi cette mesure de l’expansion de l’univers pousse-t-elle le modèle de la relativité générale dans ses derniers retranchements ?

Avec

Julien Grain Chargé de recherche à l’Institut d’Astrophysique spatiale d’Orsay.
Sandrine Codis Chargée de recherche à l'Institut d'Astrophysique de Paris

Il y a un siècle encore, les choses étaient simples. Ou à peu près simples. L’univers était statique et immuable. Pour Einstein en tout cas. Et puis Edwin Hubble est passé par là, ainsi que le chanoine Georges Lemaître. Tous deux proposent un modèle dans lequel les objets s’éloignent les uns des autres. L’univers serait en expansion mais compte tenu de la force de gravitation, cette expansion devrait ralentir, être freinée par l’attraction gravitationnelle. Autre surprise, à la fin des années 90 : l’expansion, loin de freiner, accélère. Quel est donc ce phénomène étrange, contre-intuitif, qui nécessite la création d’une énergie sombre et qui est si complexe à quantifier ?

Expansion de l’univers : l’impossible mesure ? C’est le programme expansionniste qui est le nôtre pour l’heure qui vient. Bienvenue dans La Méthode scientifique.

Et pour comprendre la façon dont nous avons compris que l’univers est en expansion et la pléiade de problèmes qui en a découlé, nous avons le plaisir de recevoir aujourd’hui Sandrine Codis, astrophysicienne, chercheuse CNRS à l’Institut d’Astrophysique de Paris et Julien Grain, chargé de recherche à l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay.

L'expansion de l'univers change au cours de son histoire. L'univers ne s'étire pas toujours à la même vitesse. L'expansion dépend du taux de matière qu'il y a dedans. Et ça, on peut le mesurer. On peut donc refaire l'histoire à l'envers, et observer que pendant très longtemps il y a eu des phases d'expansion décélérée. Julien Grain

Chronologie de l'expansion de l'univers
- CC

Le reportage du jour

Le Large Synoptic Survey Telescope est un futur télescope optique qui devra fournir le plus grand catalogue de galaxies jamais réalisé, fournissant des données pour étudier la dynamique de l’univers et donc le moteur de l’accélération de l’expansion. Installé au nord du Chili, ce projet américain sera normalement opérationnel en 2022. Il permettra de mesurer la structure de l’univers à très grande échelle, et d’en faire une cartographie en 4 dimensions. Actuellement, nous connaissons localement environ un million de galaxies. Le LSST permettra d’en observer 10 milliards, rien que dans l’hémisphère sud. Pour y arriver, l’instrument aura diamètre de 8.4 mètres, un jeu de trois miroirs et une caméra - entre autres, tout un système qui donnera une vision très large, pouvant remonter à 20 millions d’années-lumière. Pour réaliser ces observations, Pierre Antilogus, chercheur CNRS, et son équipe, travaillent sur les filtres de la caméra, qui devront augmenter dans toutes les longueurs d’onde la vision de chaque portion de ciel pointée par le télescope. Par Céline Loozen :

LA_METHODE_SCIENTIFIQUE - Reportage "Rôle des échangeurs de filtres sur le télescope LSST" avec Pierre Antilogus, LPNHE, Sorbonne Université

6 min

Les repères

Dans les années 1920, l’astronome américain Edwin Hubble prouve que l’univers est en expansion. Selon les lois de la relativité générale d’Einstein (qui ne considérait l’univers que comme statique), cette expansion devrait aller en ralentissant du fait de la force de gravitation qui joue un rôle de frein.
A la fin des années 1990, en tentant de mesurer cette décélération, deux équipes (qui ont obtenu en 2011 le prix Nobel de physique) ont mesuré ce qui a fait l’effet d’une bombe dans la recherche en cosmologie : au lieu de ralentir, l’expansion de l’Univers accélère.
Les modèles de la physique sont alors poussés dans leur dernier retranchement et les mesures de cette accélération, aussi précises soient-elles, ne s’accordent pas sur la vitesse de l'accélération de cette expansion. Problème de méthodes de mesures ? Ou problème théorique majeur ? Il s’agit là d’un des sujets les plus intenses dans la recherche en cosmologie.