En 2019, une conférence tenue au Kavli Institute for Theoretical Physics en Californie concluait par : « Nous n’appellerions pas cela une tension ou un problème mais plutôt une crise. »

David Gross, physicien des particules et ancien directeur du KITP parlait de la vitesse à laquelle notre univers se développe. Mais Gross ne s’inquiétait pas de l’expansion elle-même. Nous savons déjà depuis des décennies que le cosmos explose de manière exponentielle, car les corps célestes entourant notre planète s’éloignent continuellement de nous et les uns des autres.

Non, Gross s’inquiétait des mathématiques.

Pour déterminer exactement à quelle vitesse ce changement cosmique se produit, les scientifiques doivent calculer une valeur importante appelée la constante de Hubble – pourtant, même aujourd’hui, personne ne peut s’entendre sur la réponse.

Ainsi, la communauté astronomique était imprégnée d’une « crise », mais c’était un dilemme qui berçait l’innovation. Depuis cette conférence tendue, les experts du monde entier ont radicalement ajusté leur façon de voir leurs équations constantes de Hubble comme une tentative de rétablir la paix entre les astronomes.

Et lundi, une de ces équipes a présenté une idée très originale pour régler le différend, comme indiqué dans un article.

Fondamentalement, les astronomes de l’Université de Chicago pensent que lorsque des trous noirs cachés dans l’espace lointain se heurtent – ​​ce qu’ils font parfois – les léviathans gravitationnels se répercutent sur le tissu de l’espace et du temps qui pourraient laisser des traces d’informations cruciales pour décoder la constante de Hubble. .

En fin de compte, si les scientifiques peuvent comprendre la véritable constante de Hubble, ils peuvent également obtenir des réponses à de très grandes questions sur notre univers comme : Comment a-t-il évolué vers le royaume époustouflant que nous voyons aujourd’hui ? De quoi est-il fait physiquement ? À quoi cela pourrait-il ressembler dans des milliards d’années, longtemps après que l’humanité aura cessé d’exister et ne pourra donc plus y jeter un œil ?

Lire entre les lignes de l’espace-temps

De temps à autre, deux énormes trous noirs entrent en collision. Cela signifie qu’une paire d’objets les plus incompréhensiblement massifs de l’univers se combinent en un objet encore plus incompréhensiblement massif.

Lorsque cela se produit, la fusion envoie des ondulations à travers le tissu de l’espace et du temps – comme l’a inventé la relativité générale d’Albert Einstein – tout comme laisser tomber un rocher dans un étang enverrait des ondulations sur l’eau.

Quatre ans seulement avant que Gross et ses collègues physiciens n’organisent leur débat stressant sur l’énigme constante de Hubble, deux puissants observatoires ont réussi à capturer ces ondulations induites par les trous noirs ici sur Terre. Ils s’appellent l’US Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory et l’observatoire italien Virgo.

Au cours des dernières années, LIGO et Virgo ont détecté les ondulations de près de 100 paires de collisions de trous noirs, et ces lectures pourraient nous aider à calculer le taux d’expansion de l’univers, selon Daniel Holz, astrophysicien à l’Université de Chicago et co-auteur de la nouvelle étude. Ils pourraient faire la lumière sur la constante de Hubble.

« Si vous preniez un trou noir et que vous le placiez plus tôt dans l’univers », Holz, « le signal changerait et il ressemblerait à un trou noir plus grand qu’il ne l’est réellement. »

Cela signifie que si une collision de trou noir s’est produite très loin dans l’espace et que le signal a voyagé pendant longtemps (longtemps), les ondulations gravitationnelles émanant de l’événement auraient été affectées par l’expansion de l’univers depuis L’incident. Si vous repensez aux ondulations d’un étang, par exemple, laisser tomber un rocher dans un étang crée généralement des ondulations plus serrées juste au point de contact. Mais si vous continuez à regarder ces ondulations s’étendre vers l’extérieur, elles deviennent en quelque sorte plus larges et plus émoussées.

Par conséquent, si nous pouvons mesurer d’une manière ou d’une autre les changements dans les ondulations de collision des trous noirs, nous pourrons peut-être comprendre la vitesse à laquelle certains de ces changements se produisent. Cela nous aiderait à comprendre la vitesse à laquelle l’expansion de l’univers aurait pu les affecter et enfin, la vitesse à laquelle l’univers s’étend légitimement.

« Nous mesurons donc les masses des trous noirs à proximité et comprenons leurs caractéristiques, puis nous regardons plus loin et voyons à quel point ces autres semblent avoir changé », a déclaré Jose María Ezquiaga, boursier postdoctoral NASA Einstein, Kavli Institute for Cosmological Physics. Fellow et co-auteur de la nouvelle étude, a déclaré dans le communiqué. « Cela vous donne une mesure de l’expansion de l’univers. »

Y a-t-il un hic ?

Mais il y a une petite mise en garde – cette technique, que les chercheurs appellent la méthode de la « sirène standard », ne peut pas tout à fait être mise en œuvre pour le moment. En vérité, LIGO et Virgo vont devoir vraiment s’attacher et se mettre au travail pour que nous puissions même imaginer un avenir où cela deviendra monnaie courante.

« Nous avons besoin de préférence de milliers de ces signaux, que nous devrions avoir dans quelques années, et encore plus dans la prochaine décennie ou deux », a déclaré Holz. « À ce stade, ce serait une méthode incroyablement puissante pour en savoir plus sur l’univers. »

Bien qu’un aspect assez prometteur de la méthode de sirène standard soit qu’elle s’appuie sur la théorie de la relativité générale d’Einstein – des règles éprouvées et testées qui sont considérées comme incassables par beaucoup, et donc incroyablement dignes de confiance.

En revanche, la plupart des autres scientifiques qui s’attaquent à la crise constante de Hubble s’appuient sur les étoiles et les galaxies, ont déclaré les chercheurs, ce qui implique beaucoup d’astrophysique complexe et introduit une possibilité d’erreur honnête. Mais, il convient de noter que d’autres experts se sont concentrés sur les ondes gravitationnelles en tant que mesures de la constante de Hubble.

En 2019, par exemple, une équipe distincte d’astronomes a examiné les ondulations dans l’espace et dans le temps résultant d’une fusion d’étoiles à neutrons, qui a été captée par LIGO et Virgo en 2017. Ils essayaient de comprendre à quel point la collision était brillante lorsqu’elle s’est produite par calcul inverse à partir des ondes gravitationnelles et finalement arriver à une estimation constante de Hubble. Et la même année, une autre équipe a suggéré que nous n’avions besoin que d’environ 25 lectures de collisions d’étoiles à neutrons pour fixer la constante avec une précision de 3 %.