Les grands défis d’aujourd’hui

Deux méthodes principales sont utilisées pour la détermination de Ho :

• La méthode des échelles de distance cosmiques: Elle consiste à mesurer les distances à des objets célestes de plus en plus lointains, en utilisant des « chandelles standards » comme les Céphéides ou les supernovae de type Ia (voir la page « Distance et temps »). Ces mesures permettent d’établir une relation entre la distance d’un objet et sa vitesse d’éloignement, et ainsi de déterminer H₀.

Cette méthode conduit à des valeurs typiques aux alentours de 73 km/s/Mpc, avec une marge d’erreur de l’ordre de +/- 1 km/s/Mpc. Cette marge d’erreur est relativement importante, en raison de la complexité des chaînes de calculs et des incertitudes sur les propriétés des chandelles standards.

• La méthode du fond diffus cosmologique (CMB): Le CMB est le rayonnement fossile de l’Univers, un véritable « écho du Big Bang » (voir la page « Du big-Bang à nos jours »). En analysant les fluctuations de température de ce rayonnement, les cosmologistes peuvent déterminer la valeur de H₀.

Cette méthode conduit à des valeurs typiques aux alentours de 67 km/s/Mpc, avec une marge d’erreur de l’ordre de +/- 0,5 km/s/Mpc. La marge d’erreur est ici généralement plus faible que pour l’autre méthode, car, grâce notamment au satellite Planck, le CMB offre une image de l’Univers primordial d’une grande précision.

Le graphique ci-dessus indique les valeurs de la constante de Hubble issues de ces deux méthodes au cours du temps, ainsi que les marges d’erreur associées.

Pourquoi cet écart ?

Cet écart d’environ 5 à 10% entre les deux valeurs peut sembler faible, mais il est statistiquement significatif. Ces résultats sont donc incompatibles et posent un véritable défi pour les cosmologistes.

Les causes possibles de cette tension sont multiples :

• Violation du principe cosmologique : Si le principe cosmologique, qui suppose que l’univers est homogène et isotrope à grande échelle, est violé, cela pourrait affecter les interprétations des mesures de la constante de Hubble. Cela pourrait signifier que l’univers n’est pas aussi uniforme que nous le pensons, ce qui compliquerait les calculs du taux d’expansion.
• Effets non pris en compte : Il pourrait y avoir des effets physiques non pris en compte dans les modèles actuels qui influencent les mesures du taux d’expansion de l’univers. Par exemple, des interactions inattendues entre la matière noire et l’énergie sombre pourraient jouer un rôle.
• Nouvelle physique : La tension pourrait indiquer que notre compréhension actuelle de la physique est incomplète. Cela pourrait nécessiter de nouvelles théories ou des modifications des modèles cosmologiques existants pour expliquer les différences observées.
• Erreurs systématiques : Il est possible que des erreurs systématiques non identifiées affectent les mesures, que ce soit dans les observations de l’univers primordial (le CMB) ou dans les observations de l’univers local (comme celles des céphéides et des supernovæ).
• Incertitudes de mesure : Bien que les mesures soient de plus en plus précises, il reste une possibilité que les incertitudes de mesure n’aient pas été correctement estimées.

La vidéo ci-contre de Sciente Etonnante présente de façon claire et détaillée la problématique associée à la tension de Hubble.

Δ  Pour aller plus loin…

• Article du site Trust My Science  sur la confirmation de la tension de Hubble par le télescope James Webb, et les implications pour le modèle cosmologique standard : https://trustmyscience.com/confirmation-tension-hubble-james-webb-nouveau-composant-cosmique-necessaire/