Tout fout le camp : comment l’univers est en expansion plus rapide qu’on le croyait et ça n’est pas une bonne nouvelle…

Atlantico : L'équipe de chercheurs de l'Université Johns Hopkins, dirigée par le prix Nobel de Physique Adam Riess, a découvert que l'expansion de l'Univers se produit à un taux de 5 à 9% plus rapide de ce que l'on pensait. Ce n'est pas la première fois qu'une équipe de chercheurs découvre que l'univers s'agrandit. Avec nos connaissances actuelles, comment peut-on expliquer ce phénomène ? Quel est le moteur de l'expansion de l'Univers ?

Aurélien Barrau : L’expansion est bien connue depuis un siècle. On l’associe parfois à Hubble (Edwin Hubble, l’astronome du début du vingtième siècle, pas le télescope spatial Hubble !) mais en réalité Slipher et Lemaître ont joué un rôle plus décisif encore dans cette aventure. Cette expansion n’est pas un déplacement des corps dans l’espace mais une dilatation de l’espace lui-même. Elle ne fait plus aucun doute depuis près d’un siècle et n’est en rien paradoxale puisque la grande théorie d’Einstein, la relativité générale, prédit précisément ce phénomène ! La relativité montre, en effet, que l’espace n’est plus un cadre fixe, comme chez Newton, mais plutôt quelque chose de dynamique dont l’expansion est attendue.

Au contraire, ce qui nous surprend est que cette expansion soit accélérée, c’est-à-dire de plus en plus rapide. La seule force à l’oeuvre étant le gravitation qui est attractive, on prédisait naïvement une expansion décélérée. Des mesures ayant une petite vingtaine d’années ont montré que, contre toute attente, la dynamique de l’Univers était pourtant en accélération. Ce n’est donc pas du tout l’agrandissement de l’Univers qui nous étonne mais le fait que cet agrandissement voit sa vitesse augmenter alors même que la gravité devrait freiner. La découverte de l’expansion date des années 1920 et celle de l’accélération date de 1998.

Le moteur de l’expansion n’est pas mystérieux. En fait, il serait même impossible de concevoir un univers statique et stable dans le cadre de la relativité. Le "mouvement de l’espace" est inévitable, il est au coeur de la physique einsteinienne. Ce qui pose problème est le moteur de l’accélération de l’expansion. Nous avons des idées pour celui-ci mais aucune certitude ! C’est un immense champ de recherche.

Les chercheurs ont calculé son expansion en comparant les distances qui nous séparent des supernovas puis comparé ces données à l'expansion de l'espace. Cette méthode de calcul connait-elle des limites ?  

Depuis la découverte de l’accélération il y a donc une vingtaine d’années, de nombreuses mesures indépendantes ont été mises en oeuvres. Toutes, aujourd’hui, s’accordent sur l’existence bien réelle de cet effet. Il est donc légitime de considérer qu’il s’agit très vraisemblablement d’une réelle découverte et non pas d’un artefact de mesure ou d’interprétation.

Naturellement, il faut douter. C’est un peu la méthode scientifique de toujours douter ! Donc nous envisageons en permanence la possibilité que ce que nous pensons réel soit lié à une erreur de mesure ou de raisonnement. Dans le cas particulier de l’accélération de l’expansion cosmologique, le grand débat porte sur la question suivante : peut-on l’expliquer avec les théories dont on dispose ou faut-il trouver d’autres théories? Les spécialistes ne sont pas en accord sur la réponse à cette question.

Personnellement, je considère que la relativité générale, notre théorie de l’espace-temps, est en mesure de rendre compte des observations. Mais certains collègues pensent au contraire déceler dans ce phénomène un signe de "nouvelle physique". Ce qui montre d’ailleurs que la science n’est pas qu’un ensemble de décision rationnelles mais est aussi faite de paris fondés sur des choix esthétiques ou métaphysiques.

D'après leur calcul, le taux d'expansion de l'univers serait 73,2 kilomètres par seconde par mégaparsec (un mégaparsec équivalant à 3,26 millions d'années-lumière). Ce qui signifie que la distance entre les objets cosmiques pourrait doubler dans 9,8 milliards d'années. Quelles sont les conséquences ou risques de l'expansion de l'Univers ? 

L’accélération de l’expansion a un effet intéressant et étonnant : les objets lointains s’éloignent tellement rapidement qu’ils vont finir par devenir totalement invisible. On dit qu’ils "sortent de l’horizon", un peu comme un bateau qui, s’il s’éloigne trop d’un autre bateau, n’est plus visible - même avec une longue vue très puissante - parce que la Terre étant ronde on ne peut pas voir le port de New-Yord depuis celui de Lisbonne !

Dans un futur très lointain, dans environ 60 milliards d’années, il est donc fort probable que plus aucune autre galaxie autre que celle qui nous héberge ne soit visible depuis la Terre ! Le ciel sera nettement moins beau …

Mais tout cela n’a pas de conséquence sur les distances entre les planètes qui ne dépendent pas de la dynamique de l’expansion de l’Univers. Sauf dans certains modèles très exotiques auxquels je n’accorderais pas ma confiance.

L'ensemble des chercheurs de la communauté scientifique se réunit en ce moment à Grenoble pour parler de l'expansion de l'Univers. A ce jour, quelles sont les dernières découvertes surprenantes de la communauté sur ce sujet ?