La prochaine fois que vous mangerez votre muffin aux baies, pensez à ce qui est arrivé aux myrtilles dans la pâte pendant la cuisson. Les myrtilles se trouvaient au même endroit, mais à mesure que le pain se développait, les baies ont commencé à s'éloigner les unes des autres. Si vous pouviez vous tenir sur une baie, vous verriez tout le monde s'éloigner de vous, mais il en sera de même pour toutes les autres baies de votre choix. En ce sens, les galaxies sont comme des baies dans un cupcake.
Depuis le Big Bang, l'univers ne cesse de s'étendre. Le fait étrange est qu'il n'y a pas d'endroit unique à partir duquel l'univers se développe - au contraire, toutes les galaxies s'éloignent (en moyenne) des autres. De notre point de vue dans la galaxie de la Voie lactée, il semblera que la plupart des galaxies s'éloignent de nous - comme si nous étions le centre de notre univers en forme de chignon. Mais regardez de n'importe quelle autre galaxie et la vue sera exactement la même.
Pour vous embrouiller davantage, de nouvelles recherches suggèrent que la vitesse à laquelle l'univers se développe peut être différente en fonction de la distance à laquelle vous regardez dans le temps. De nouvelles données, publiées dans l'Astrophysical Journal, indiquent qu'il est temps de repenser notre compréhension de l'espace.
Mystère Hubble
Les cosmologistes caractérisent l'expansion de l'univers par une loi simple - la loi de Hubble (du nom d'Edwin Hubble). La loi de Hubble est l'observation que les galaxies plus éloignées s'éloignent plus rapidement. Cela signifie que les galaxies proches se déplacent relativement lentement.
La relation entre la vitesse et la distance à la galaxie est déterminée par la «constante de Hubble» - 70 km / s / Mpc. Cela signifie que la galaxie se déplace d'environ 90 000 km par heure pour chaque million d'années-lumière de nous.
Cette expansion de l'univers, avec des galaxies proches s'éloignant plus lentement que les galaxies lointaines, est attendue d'un espace en expansion uniforme avec de l'énergie sombre (une force invisible qui accélère l'expansion de l'univers) et de la matière noire (une forme inconnue et invisible de la matière, qui est cinq fois plus grande que d'habitude). La même chose peut être observée dans un muffin aux baies.
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L'histoire de la mesure de la constante de Hubble est pleine de difficultés et de révélations inattendues. En 1929, Hubble lui-même estimait que sa valeur devait être de l'ordre de 600 000 km / h par million d'années-lumière - environ dix fois plus que ce qui est actuellement mesuré. Les tentatives de mesurer avec précision la constante de Hubble au fil des ans ont conduit à la découverte par inadvertance de l'énergie noire. La recherche d'informations sur ce mystérieux type d'énergie, qui représente 70% de l'énergie de l'univers, a inspiré le lancement du meilleur télescope spatial au monde (à ce jour), du nom de Hubble.
Le hic, c'est que les résultats des deux mesures les plus précises ne concordent pas et ne sont pas corrélés entre eux. Une fois que les mesures cosmologiques sont devenues si précises qu'elles ont montré la valeur de la constante de Hubble, il est devenu évident que cela n'avait pas de sens. Au lieu d'un, nous avons deux résultats contradictoires.
D'une part, nous avons de nouvelles mesures précises du fond cosmique des micro-ondes - la rémanence du Big Bang - réalisées par la mission Planck, qui a mesuré la constante de Hubble à 67,4 km / s / Mpc.
D'autre part, nous avons de nouvelles mesures d'étoiles pulsantes dans les galaxies voisines, également incroyablement précises, qui mesuraient la constante de Hubble à 73,4 km / s / Mpc. Ils sont plus proches de nous dans le temps.
Ces deux mesures prétendent être correctes et très précises. L'écart entre les mesures est d'environ 500 km par heure par million d'années-lumière, donc les cosmologistes l'appellent «tension» entre deux dimensions - ils étirent en quelque sorte les statistiques dans des directions différentes, et cela doit s'effondrer quelque part.
Nouvelle physique?
Comment va-t-il s'effondrer? Personne ne le sait pour le moment. Peut-être que notre modèle cosmologique est faux. On peut voir que l'univers se développe plus vite plus près de nous que ce à quoi on pourrait s'attendre, à partir de dimensions plus éloignées. Les mesures du fond cosmologique des micro-ondes ne mesurent pas l'expansion locale, mais le font à travers un modèle - notre modèle cosmologique. Elle a très bien réussi à prédire et à décrire de nombreuses données observables dans l'univers.
Par conséquent, bien que ce modèle puisse être erroné, personne n'a proposé un modèle simple et convaincant qui peut expliquer à la fois ceci et tout ce que nous observons. Par exemple, nous pourrions essayer d'expliquer cela avec une nouvelle théorie de la gravité, mais d'autres observations ne correspondent pas. Ou cela pourrait être expliqué par la nouvelle théorie de la matière noire ou de l'énergie noire, mais alors d'autres observations ne fonctionneront pas - et ainsi de suite. Par conséquent, si cette «tension» est associée à une nouvelle physique, elle doit être complexe et inconnue.
Une explication moins intéressante serait des «inconnues inconnues» dans les données causées par des effets systématiques, et une analyse plus approfondie révélera un jour un effet subtil qui a été oublié. Ou cela pourrait simplement être un hasard statistique qui disparaîtra lorsque davantage de données seront collectées.
On ne sait actuellement pas quelle combinaison de nouvelle physique, d'effets systématiques ou de nouvelles données résoudra ces tensions, mais quelque chose deviendra sûrement clair. L'image de l'univers comme un gâteau en expansion peut être erronée, et les cosmologistes sont mis au défi de proposer une image différente. Si une nouvelle physique est nécessaire pour expliquer les nouvelles dimensions, le résultat changera notre compréhension de l'espace.
Ilya Khel
