Pendant des décennies, les physiciens ont été aux prises avec une contradiction fondamentale : deux méthodes différentes de mesure du taux d’expansion de l’univers donnent des résultats incohérents – un écart connu sous le nom de « tension de Hubble ». Aujourd’hui, une équipe de chercheurs propose une nouvelle solution : utiliser des ondes gravitationnelles, des ondulations dans l’espace-temps, pour déterminer indépendamment le taux d’expansion, résolvant ainsi potentiellement ce casse-tête de longue date.
La tension de Hubble : un problème central en cosmologie
Depuis 1998, les observations ont confirmé que l’univers n’est pas seulement en expansion, mais qu’il s’accélère. Cette accélération est attribuée à « l’énergie noire », même si sa véritable nature reste inconnue. Le problème central réside dans l’incohérence de la constante de Hubble, une valeur critique définissant le taux d’expansion. La mesure de cette constante à partir des supernovas proches produit un résultat, tandis que les calculs basés sur l’univers primitif – utilisant le modèle cosmologique standard – donnent un résultat différent. Ce conflit nécessite une troisième mesure indépendante pour confirmer quelle valeur est correcte.
Les ondes gravitationnelles comme nouvel outil de mesure
La solution proposée exploite les ondes gravitationnelles, prédites par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ces ondes sont générées par l’accélération d’objets massifs, comme la fusion de trous noirs et d’étoiles à neutrons. Détectées pour la première fois en 2015 par l’Observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO), ces ondes offrent désormais une opportunité unique de sonder l’expansion de l’univers.
La clé réside dans une méthode appelée méthode des sirènes stochastiques : au lieu de se concentrer sur des fusions individuelles, elle analyse le faible « bourdonnement » continu des ondes gravitationnelles provenant d’innombrables collisions distantes : le fond d’ondes gravitationnelles. La force de cet arrière-plan est directement liée à la constante de Hubble ; une expansion plus lente signifie plus d’espace pour les collisions, affaiblissant ainsi le signal de fond. À l’inverse, une expansion plus rapide comprime l’espace, rendant l’arrière-plan plus fort.
Pourquoi c’est important : vérification indépendante et potentiel futur
Cette approche offre un avantage crucial : elle est indépendante des méthodes qui s’opposent actuellement. En combinant les données sur les ondes gravitationnelles avec les observations électromagnétiques traditionnelles (une technique appelée astronomie multi-messager ), les scientifiques peuvent comparer les résultats et déterminer si la tension de Hubble est une véritable divergence ou une erreur systématique dans les mesures existantes.
«Cela devrait ouvrir la voie à l’application de cette méthode à l’avenir, à mesure que nous continuerons à augmenter la sensibilité, à mieux contraindre le fond d’ondes gravitationnelles et peut-être même à le détecter», explique le chercheur Alex Cousins.
Bien que les détecteurs actuels n’aient pas encore confirmé le signal de fond, des analyses préliminaires utilisant les données LIGO-Virgo-KAGRA existantes suggèrent un taux d’expansion plus élevé, aligné sur les mesures de supernova. À mesure que les détecteurs d’ondes gravitationnelles deviendront plus sensibles au cours des six prochaines années, cette méthode promet d’affiner la mesure de la constante de Hubble et de nous rapprocher de la résolution de la tension de Hubble. Le développement de ce nouvel outil représente un pas en avant significatif en cosmologie, offrant une voie unique vers la compréhension de la nature fondamentale de notre univers en expansion.
