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L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?
Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ? Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

34 - Hérault

►Jusqu'au 1er mars

EXPOSITION
"IMMERSION URBAINE"

Exposition collective et évolutive réunissant plus de 18 artistes. Autour du thème de la récupération, du recyclage et de l’upcycling, chaque artiste construit à partir de cloisons de récupération et d’éléments de cinéma, pour créer un univers singulier. Présente à l’intérieur et aux extérieurs du musée, l'exposition offre aux visiteurs une expérience artistique renouvelée à chaque visite.

Musée Parcelle473
425 avenue frères Buhler
34080 Montpellier
06 66 02 69 29
www.parcelle473.com

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars  

EXPOSITION
"PEINDRE LA LUMIÈRE, DE LA MAQUETTE AU VITRAIL"

Arcabas (1926-2018) s’est intéressé toute sa vie au vitrail qu’il abordait en tant que peintre avant tout. De l'expérience fondatrice de l'église Saint-Hugues aux dernières réalisations du Sacré-Cœur de Grenoble et de Saint-Christophe-sur-Guiers, l’exposition met l’accent sur les maquettes créées par Arcabas et la façon dont elles ont été traduites par les maitres verriers.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

52 - Haute-Marne

►Jusqu'au 19 avril 

EXPOSITION 
"175 ANS DE CRÉATION BRASSICOLEÀ SAINT-DIZIER"

La brasserie du fort carré a été un des fleurons économiques de Saint-Dizier. En activité de 1796 à 1955, elle marqué le paysage urbain de la ville, et est à l’origine de la construction de la Tour Miko. Des techniques de productions de la bière, au nombreux objets publicitaires, l’exposition retracera l’histoire d’une brasserie restée dans les mémoires.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

63 - Puy de Dôme

►Jusqu''au 1er mars 

EXPOSITION 
"LE MOBILIER BIJOU" DE GUILLAUME PIÉCHAUD"

Découvrez l’importante rétrospective consacrée à cet artiste unique qui regroupe un ensemble inédit d’œuvres et d’objets personnels retraçant son riche parcours, des ateliers de bijouteries à la confection de mobilier monumental. De nombreuses animations pour les enfants en lien avec l'univers du designer Guillaume Piéchaud sont disponibles durant les vacances d'automne !

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville
63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/decouvrir/musees/musee-mandet-1

65 - Hautes-Pyrénées

►Les 17 & 31 janvier

VISITES APPROFONDIES
GROTTES DE GARGAS

Les guides des grottes organisent des visites au format plus long que les visites classiques : 1h30 au lieu de 50 mn, au travers des deux sanctuaires de Gargas. Un temps dédié à la discussion avec les guides ainsi qu'à des dessins paléolithiques ınédıts. Gargas n'aura presque plus de secrets pour vous...

Grottes de Gargas
81 route de Gargas
65660 Aventignan
05 62 98 81 50
www.grottesdegargas.fr

67 - Bas-Rhin

►Jusqu’au 29 mars

EXPOSITION
"UN AMOUR DE LALIQUE – UNE IDÉE DE PARADIS"

Une sélection d’œuvres de la collection du Fonds Régional d’Art Contemporain (FRAC) Alsace entre en résonance avec un choix effectué parmi les pièces conservées au musée Lalique. Pour cette première collaboration, c’est une certaine vision du paradis qui est proposée au fil de l’exposition. 

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

68 - Haut-Rhin

►Jusqu'au 1er mars 

EXPOSITION
"STRUCTURES EN DÉRIVE"

La Fondation Fernet-Branca présente Structures en dérive, une exposition réunissant neuf artistes aux pratiques photographiques et transdisciplinaires.
L’exposition explore la photographie comme terrain d’expérimentation, entre approche documentaire et poétique.

Fondation Fernet-Branca
2 rue du Ballon
68300 Saint-Louis 
03 89 69 10 77
www.fondationfernet-branca.org

71 - Saône-et-Loire

►Février

"ATELIERS PÉDAGOGIQUES" 
LA MAISON DU CHAROLAIS

À la Maison du Charolais, les enfants sont tour à tour apprentis Chefs, p’tits artistes ou explorateurs ! 
10 & 18 février : Atelier cuisine "hamburger de la St Valentin" (pain de couleur rose, à la betterave). 10 février : Atelier artistique "l’amour vache" (cœur en bois à peindre avec vache en feutrine à découper). 17 février : Atelier cuisine "igloo charolais et son île flottante". 18 février : Atelier artistique "la charolaise s’habille" (recycle tes vieux vêtements).

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon (RCEA N79 sortie 12)
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com

75 - Paris

►Jusqu'au 10 janvier 2027

ZEUS, LE CHEVAL MÉTALLIQUE AU MUAM

Le musée accueille sur son parvis le cheval métallique Zeus, œuvre monumentale qui a marqué les esprits lors de la cérémonie d’ouverture des Jeux Olympiques et Paralympiques de Paris 2024.
Jusqu'au 29 mars 2026, dans le chœur de l’église Saint-Martin-des-Champs du MuAM, une exposition exceptionnelle intitulée "Zeus, chef-d’œuvre d’artisans" retrace la genèse et la fabrication de cette œuvre.

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 28 février 

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET LA GRÈCE"

Cette exposition met en lumière la relation profonde et inspirante que Georges Clemenceau a entretenue avec l’Hellade tout au long de sa vie. Cette passion, née de son éducation, a marqué sa carrière politique et sa vision du monde ainsi que son engagement pour la démocratie et la culture.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 8 mars 

EXPOSITION
"DENISE BELLON. UN REGARD VAGABOND"

Le mahJ présente la première rétrospective à Paris, rassemblant près de 300 photographies, objets, lettres et publications, consacrée à Denise Bellon (1902-1999). Photographe humaniste, pionnière du photojournalisme et compagne de route des surréalistes, son œuvre singulière et méconnue court des années 1930 aux années 1970.

 Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Jusqu'au 17 mai 

EXPOSITION "FLOPS" 

Échec, bide, raté, fiasco… on estime que neuf innovations sur dix échouent et les raisons de la galère ne sont pas toujours évidentes ! En explorant les "bides" comme les trajectoires de réussites inattendues, l’exposition Flops-?! propose une lecture bienveillante de l’échec et ouvre la voie à une découverte singulière des collections du MuAM – Musée des Arts et Métiers.  

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 31 juillet 

EXPOSITION
"L’ÉTOFFE DES RÊVES"

Le vent de l’Art Brut et du surréalisme soufflera sur les 300 œuvres des 36 artistes réunis dans tout l’espace de la Halle Saint Pierre. "L’Étoffe des rêves" est le fruit d’une collaboration entre la Halle Saint Pierre et le Centre international du surréalisme et de la Citoyenneté mondiale à Saint-Cirq-Lapopie.

Halle Saint Pierre
2 rue Ronsard
72018 Paris
01 42 58 72 89
www.hallesaintpierre.org

84 - Vaucluse

►Jusqu'en mars 

EXPOSITION
"Les VOYAGES"

L'exposition Centenaire Robert Laurent-Vibert : Les Voyages donne un aperçu de l'héritage de Laurent-Vibert à travers sa collection privée sur le thème du voyage. 

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

88 - Vosges

►Le 23 janvier 

CONFÉRENCE AVEC ALAIN DORESSOUNDIRAM  
PLANÉTARIUM D’ÉPINAL 

Le planétarium d’Épinal aura le plaisir d’accueillir Alain Doressoundiram, astrophysicien et spécialiste des petits corps du Système solaire. Alain Doressoudiram viendra partager au cours d'une conférence les coulisses de ses recherches sur la planète Mercure, ceux de la mission japonaise MMX qui explora les lunes de Mars, mais aussi celles des régions lointaines au-delà de Neptune. Une rencontre passionnante, gratuite, ouverte à toutes et à tous, sur réservation, de 20h00 à 22h00.

Planétarium Epinal
Rue Dom Pothier
88000 Epinal
03 29 35 08 02
www.planetarium-epinal.com

Lieux:
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